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諧波電流對計量的影響

發布時間：2017-09-28 瀏覽：3077次

　　近年來隨著國家產業政策的調整和節能環保工作的不斷推進，高耗能和對環境、電網污染較為嚴重的企業，在沿海和中東部地區已逐步關停或轉產，一些如30萬噸以下的小型煉鋼、鐵合金、大型起重吊裝、牽引等設備的電力電子裝置帶來的諧波問題，對電力系統安全、穩定、經濟運行構成潛在威脅，給周圍電網運行帶來極大影響。按國家對諧波的管理要求，企業進行諧波治理需投入數十至數百萬的資金，使得一些中小企業借西部大開發招商引資時機，紛紛遷往西部邊遠經濟欠發達省區，利用西部能源的相對充裕和對諧波管理的滯后，而謀求“發展”，而使西部電網變的更加脆弱。諧波是電網的一大公害。

　　電力系統中的主要諧波源可分為兩類：一是含半導體的非線性元件，如各種整流設備、變流器、交直流換流設備、變頻器等節能和控制用的電力電子設備;二是含電弧和鐵磁非線性設備的諧波源，如交流電弧爐及鐵磁諧振設備等。隨著硅整流、電弧爐及可控硅換流設備的廣泛使用和各種非線性負荷的增加，當正弦基波電壓施加于非線性設備時，設備吸收的電流與施加的電壓波形不同，電流因而發生了畸變，諧波電流注入到電網中，造成電壓正弦波形畸變，這些設備就成了電力系統的諧波源。

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　　1 對諧波的限值和對計量的要求

　　GB/T 14549《電能質量公用電網諧波》中明確給出了公用電網諧波電壓的***值，見表1。諧波電壓的***值參見GB/T 14549。

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　　表1 公用電網諧波電壓(相電壓)

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　　表2 電能表確定基本誤差時的條件要求

　　工頻整數倍數的諧波波形，對電能計量裝置的準確計量產生了較大的影響。

　　DL/T 614-1997《多功能電能表》對諧波影響的要求：分別將含有10%的3次、5次諧波干擾源施加在多功能電能表電壓線路，***大需量值誤差的改變量應不超過0.2%，程序不應紊亂，內存數據不應丟失(測量單元為額定工作狀態)。

　　2 計量電能表受諧波影響的誤差

　　2.1 感應式電能表受諧波的影響

　　感應式電能表是靠電磁感應來產生轉動力矩的，電能表工作時，電壓線圈的電流所產生的磁通分為兩部分，一部分是穿過鋁盤并由回磁板構成回路的工作磁通，另一部分是不穿過鋁盤而由左右鐵軛構成回路的非工作磁通。而電流線圈所產生的磁通，兩次穿過鋁盤，并通過電流元件鐵芯構成回路。由于電壓線圈和電流線圈產生的交變磁通，在不同位置穿過鋁盤，并在鋁盤的不同位置感應出電流(渦流)，此渦流與磁場相互作用便產生推動鋁盤轉動的力矩，鋁盤轉動與負載有功功率成正比。

　　電能表產生誤差的原因很多，與系統高次諧波相關的體現為兩個方面：

　　·電磁感應式電能表的設計只按基波考慮;

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　　·由諧波和基波疊加而成的電壓、電流波形發生畸變。

　　2.2 電子式電能表受諧波的影響

　　電子式電能表的工作過程如圖1。

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　　圖1 電子式電能表的工作原理

　　全電子式電能表產生誤差的因素，完全消除了感應式電能表的機械轉動、元件磨損、傾斜度等的影響，但對其運行環境、元器件質量、電能質量、諧波頻率的影響產生的誤差也是多方面的。

　　3 諧波工況下的電能計量

　　3.1 諧波工況下的準確計量要求

　　隨著電力市場改革的推進，電能作為一種商品已經全面走向市場化，電能表能否在各種工業狀況下準確計量，逐漸受到了供用電雙方的重視。

　　隨著大功率非線性負荷的迅速增加，使得供電系統中電壓、電流波形發生畸變，對電網造成了嚴重的影響，并使電能表計量的誤差急劇增大。

　　在諧波工況下是否依然能夠準確計量，成為對三相多功能電能表的必然要求。

　　3.2 諧波工況下的計量準確性

　　在實際的計量中，電力用戶可以分為兩類，即產生諧波的諧波源用戶和不產生諧波的諧波受害者用戶。

　　作為諧波源的用戶，一方面產生了諧波功率，對電網造成了污染，另一方面，計費總電能為基波電能減去產生的諧波電能。作為正常使用的諧波受害者用戶，一方面設備深受諧波危害，另一方面，計費總電能為基波電能加上吸收的諧波電能。信息來自:輸配電設備網

　　4 諧波測量功能的實現

　　4.1 總電能脈沖輸出框圖

　　總電能脈沖輸出框圖見圖2。

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　　圖2 總電能脈沖輸出框圖

　　4.2 諧波電能脈沖輸出框圖

　　諧波電能脈沖輸出框圖見圖3。

　　圖3 諧波電能脈沖輸出框圖

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　　5 多功能電能表諧波計量

　　全電子式電能表通過不斷演變，由原來的單片機技術發展到采用大容量CPU、漢字點陣字庫，以及A/D+DSP+CPU形式，不斷完善獨立、固化的計量專用芯片，并逐步拓展大量程、寬量限電能表，滿足不同方式的計量需要;現以諧波多功能表為例，介紹諧波計量的特點。

　　5.1 諧波計量電能表的主要特點

　　·帶有諧波功率測量并能指示諧波潮流方向;

　　·具有測量與基波方向一致/相反的諧波有功電能，基波有功電能、基波無功電能、實際消耗電能、總電能的功能;

　　·時鐘自帶溫度補償，在停電時同樣能進行溫度補償，在-40～+70℃范圍內，時鐘精度優于0.5s/d;

　　·具有備用時段功能;

　　·RS485能實現波特率自適應功能;

　　·能實現自動校表。

　　5.2 諧波計量測試情況

　　電能表在諧波工況下，當諧波電能方向與基波電能相反時，基波電能與諧波電能的代數和與標準表的總電能一致，而消耗電能等于基波電能與諧波電能的絕對值之和。

　　當諧波電能方向與基波電能相同時，消耗電能與標準表的總電能一致。

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　　電能表在諧波工況下的電壓、電流有效值，基波功率和諧波功率與理論值一致。

　　電網的高次諧波對電能計量的準確性有影響，當諧波含量滿足國標規定時，誤差影響微小，當諧波含量超過國標規定時，無論是電磁感應式電能表還是全電子式電能表，誤差影響均較大;即諧波含量愈高影響量越大，電能計量誤差也越大。

　　為了合理計量用戶消耗的有功電能，在選用電量平衡統計和貿易結算電能表時，針對含高次諧波的線路和用戶，不僅要求用戶按國標的要求進行諧波治理，還應選用具有計量諧波分量電能的多功能電能表。

　　對同一計量點，在諧波超過國標規定時，采用相同準確級別的全電子式電能表和電磁感應式電能表，計量電能量是有較大差別的;對大功率變流設備、電弧爐等產生高次諧波的電力負載用戶，為了只記錄負荷消耗的基波有功電能，用電磁感應式電能表比用同準確級別的全電子式電能表更合理。當諧波源來自電網時，前者數值較大;當諧波源是用戶時，則情況相反。

　　在電網中，無論諧波流向如何，當諧波從負載流向電網時，實際上是負載將電網中的基波經過濾波和整流后，形成的諧波電流反送回電網，這是一種電能污染。全電子式電能表將負載(諧波源)消耗的基波有功電能和諧波源(負載)向電網返送的諧波有功電能(被污染的電能)進行了代數相加，使得記錄的能量比負載消耗的基波有功電能量還要小，這是全電子式電能表計量原理上的不足之處

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