谐波对电能计量的影响

1、谐波对电能计量的影响来源：农村电气化时间：2008-10-06 责任编辑：标签：摘要：该文介绍了在不同条件下的感应式电能表和全电子式电能表在有谐波源企业中计量表计的正确使用，避免了企业既不按要求治理谐波，又因计量表计使用失准而给电力企业带来的双重伤害。可以这样理解：在电感上加电压时，由于电感阻止电流的变化，所以建立起电流有一个过程，电流滞后电压；在电容器上加电压时，有一个很大的充电电流，而电容器的特点是两端电压不能突变，要慢慢充电后才能建立起电压，故电压滞后电流。 关键词：电力系统；谐波；电能计量 近年来随着国家产业政策的调整和节能环保工作的不断推进，高耗能和对环境、电网污染较为严重的企业，在

2、沿海和中东部地区已逐步关停或转产，一些如30万吨以下的小型炼钢、铁合金、大型起重吊装、牵引等设备的电力电子装置带来的谐波问题，对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在威胁，给周围电网运行带来极大影响。按国家对谐波的管理要求，企业进行谐波治理需投入数十至数百万的资金，使得一些中小企业借西部大开发招商引资时机，纷纷迁往西部边远经济欠发达省区，利用西部能源的相对充裕和对谐波管理的滞后，而谋求“发展”，而使西部电网变的更加脆弱。谐波是电网的一大公害。 电力系统中的主要谐波源可分为两类：一是含半导体的非线性元件，如各种整流设备、变流器、交直流换流设备、变频器等节能和控制用的电力电子设备；二是含电弧和铁磁非

3、线性设备的谐波源，如交流电弧炉及铁磁谐振设备等。随着硅整流、电弧炉及可控硅换流设备的广泛使用和各种非线性负荷的增加，当正弦基波电压施加于非线性设备时，设备吸收的电流与施加的电压波形不同，电流因而发生了畸变，谐波电流注入到电网中，造成电压正弦波形畸变，这些设备就成了电力系统的谐波源。 信息来源:1 对谐波的限值和对计量的要求 GB/T 14549电能质量公用电网谐波中明确给出了公用电网谐波电压的限制值，见表1。谐波电压的限制值参见GB/T 14549。 信息来自:表1 公用电网谐波电压（相电压） 信息请登陆:输配电设备网表2 电能表确定基本误差时的条件要求 工频整数倍数的谐波波形，对电能计量装置

4、的准确计量产生了较大的影响。 DL/T 614-1997多功能电能表对谐波影响的要求：分别将含有10%的3次、5次谐波干扰源施加在多功能电能表电压线路，最大需量值误差的改变量应不超过0.2%，程序不应紊乱，内存数据不应丢失（测量单元为额定工作状态）。 2 计量电能表受谐波影响的误差 2.1 感应式电能表受谐波的影响 感应式电能表是靠电磁感应来产生转动力矩的，电能表工作时，电压线圈的电流所产生的磁通分为两部分，一部分是穿过铝盘并由回磁板构成回路的工作磁通，另一部分是不穿过铝盘而由左右铁轭构成回路的非工作磁通。而电流线圈所产生的磁通，两次穿过铝盘，并通过电流元件铁芯构成回路。由于电压线圈和电流线圈

5、产生的交变磁通，在不同位置穿过铝盘，并在铝盘的不同位置感应出电流（涡流），此涡流与磁场相互作用便产生推动铝盘转动的力矩，铝盘转动与负载有功功率成正比。 电能表产生误差的原因很多，与系统高次谐波相关的体现为两个方面： 电磁感应式电能表的设计只按基波考虑； 信息来源:由谐波和基波叠加而成的电压、电流波形发生畸变。 2.2 电子式电能表受谐波的影响 电子式电能表的工作过程如图1。 信息请登陆:输配电设备网 图1 电子式电能表的工作原理 全电子式电能表产生误差的因素，完全消除了感应式电能表的机械转动、元件磨损、倾斜度等的影响，但对其运行环境、元器件质量、电能质量、谐波频率的影响产生的误差也是多方面的。

6、 3 谐波工况下的电能计量 3.1 谐波工况下的准确计量要求 随着电力市场改革的推进，电能作为一种商品已经全面走向市场化，电能表能否在各种工业状况下准确计量，逐渐受到了供用电双方的重视。 随着大功率非线性负荷的迅速增加，使得供电系统中电压、电流波形发生畸变，对电网造成了严重的影响，并使电能表计量的误差急剧增大。 在谐波工况下是否依然能够准确计量，成为对三相多功能电能表的必然要求。 3.2 谐波工况下的计量准确性 在实际的计量中，电力用户可以分为两类，即产生谐波的谐波源用户和不产生谐波的谐波受害者用户。 作为谐波源的用户，一方面产生了谐波功率，对电网造成了污染，另一方面，计费总电能为基波电能减去

7、产生的谐波电能。作为正常使用的谐波受害者用户，一方面设备深受谐波危害，另一方面，计费总电能为基波电能加上吸收的谐波电能。 信息来自:输配电设备网 4 谐波测量功能的实现 4.1 总电能脉冲输出框图 总电能脉冲输出框图见图2。 信息来源:图2 总电能脉冲输出框图 4.2 谐波电能脉冲输出框图 谐波电能脉冲输出框图见图3。 图3 谐波电能脉冲输出框图 信息来源:5 多功能电能表谐波计量 全电子式电能表通过不断演变，由原来的单片机技术发展到采用大容量CPU、汉字点阵字库，以及A/D+DSP+CPU形式，不断完善独立、固化的计量专用芯片，并逐步拓展大量程、宽量限电能表，满足不同方式的计量需要；现以谐波

8、多功能表为例，介绍谐波计量的特点。 5.1 谐波计量电能表的主要特点 带有谐波功率测量并能指示谐波潮流方向； 具有测量与基波方向一致/相反的谐波有功电能，基波有功电能、基波无功电能、实际消耗电能、总电能的功能； 时钟自带温度补偿，在停电时同样能进行温度补偿，在-40+70范围内，时钟精度优于0.5s/d； 具有备用时段功能； RS485能实现波特率自适应功能； 能实现自动校表。 5.2 谐波计量测试情况 电能表在谐波工况下，当谐波电能方向与基波电能相反时，基波电能与谐波电能的代数和与标准表的总电能一致，而消耗电能等于基波电能与谐波电能的绝对值之和。 当谐波电能方向与基波电能相同时，消耗电能与标

9、准表的总电能一致。 信息来源:电能表在谐波工况下的电压、电流有效值，基波功率和谐波功率与理论值一致。 电网的高次谐波对电能计量的准确性有影响，当谐波含量满足国标规定时，误差影响微小，当谐波含量超过国标规定时，无论是电磁感应式电能表还是全电子式电能表，误差影响均较大；即谐波含量愈高影响量越大，电能计量误差也越大。 为了合理计量用户消耗的有功电能，在选用电量平衡统计和贸易结算电能表时，针对含高次谐波的线路和用户，不仅要求用户按国标的要求进行谐波治理，还应选用具有计量谐波分量电能的多功能电能表。 对同一计量点，在谐波超过国标规定时，采用相同准确级别的全电子式电能表和电磁感应式电能表，计量电能量是有较大差别的；对大功率变流设备、电弧炉等产生高次谐波的电力负载用户，为了只记录负荷消耗的基波有功电能，用电磁感应式电能表比用同准确级别的全电子式电能表更合理。当谐波源来自电网时，前者数值较大；当谐波源是用户时，则情况相反。 在电网中，无论谐波流向如何，当谐波从负载流向电网