电能计量的影响及防范

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随谐波对电能计量结果的影响分析

笔者通过对包括大型钢铁厂、轧钢厂及电力机车牵引变电站等在内的各种谐波污染较为严重的用户进行实地调研和收集资料。根据现场调研的资料，建立非线性负荷的数学模型，并根据现场测试数据和观测点的实际情况，在实时数字仿真系统（RTDS）上进行现场模拟实验，模拟观测点的实际谐波情况，经放大器将实际使用的感应式电能表和电子式电能表接入模拟系统进行电能计量，分析计量误差，验证相关的理论分析结果。在完成上述研究和试验后，根据理论分析、仿真实验和RTDS模拟实验的结果，得出如下结论：第一，研究谐波对电能表计量影响的重要依据是电能表的频率特性，因此，电能表的频率特性曲线的稳定与否，在很大程度上决定它在谐波功率下对电能计量误差影响的大小。[3]研究感应式电能表在谐波下的运行情况时发现感应式电能表接入电路后，电能表的频率一旦发生变化，电能计量结果就会出现误差。在相关实验分析的基础上，发现以上问题主要是由如下几方面的原因所造成的：一是电能表的频率发生改变时，非纯电阻的转盘就会产生感抗分量，这样就会引起转盘的阻抗角和等效阻抗的改变，从而最终致使电能表的转速发生改变，以至于电能计量结果产生误差；二是电能表频率的改变会引发电流线圈磁通量的改变，而电流线圈磁通量的变化会导致电流线圈驱动力矩的变化，从而也最终导致电能表转速的改变，进而产生电能计量误差；三是随着频率的改变，电压线圈磁通量也会发生相应的变化，从而使驱动力矩发生改变，电能表误差也就会产生。第二，研究感应式电能表在谐波下的运行情况时发现当检测信号的电流产生畸变时，随检测信号电流畸变程度的不同，电子式电能表在电能计量中会产生不同程度的测量误差，但这些误差相对较小，一般可以忽略不计；[4]当电流和电压两个信号的波形都偏离正弦波形而出现畸变时，对具有计量谐波功率功能的基于数字乘法器和时分割乘法器所构成的电子式电能表的测量结果而言，其测量误差在其允许的精度范围内。第三、两种电能表误差频率特性的比较。实验结果表明：随着高次谐波的改变，感应式电能表误差频率特性曲线会发生明显的变化，而且二者呈正相关的变化关系。而电子式电能表的误差频率曲线则随着高次谐波的变化所发生的改变不明显，即电子式电能表在电能计量中对谐波的影响具有较宽的频率响应，而感应式电能表则达不到。

防范措施

从实验的分析结果来看，采用计量基波的计量方式下电子式电能表的计量误差和感应式电能表的计量误差都比较大，[5]综合各种因素，在计量基波的计量方式的基础上提出了一种带加权系数的、对基波电能及谐波电能分别计量的改进的电能计量方式，该计量方式能有效防范谐波对电能计量结果的影响。具体的计量公式如下：WCWCWCWFinFinFoutFout=−+11公式中，CFin为负载（线性或非线性两种）吸收的谐波电能，CFout为负载产生的谐波电能，C1为基波电能。WFin、WFout、W1则分别为以上三个参数相应的加权系数。为了能有效防范谐波对电能计量结果的影响，以上三个参数相应的加权系数的设计应满足以下条件：设W1为1；当0<WFin<1时等式右端第二项取负，是对线性负载被迫吸收谐波电能所给予的相应补偿；当WFout＞1时，是对发出谐波电能的非线性负载用户所进行的惩罚，有效保证电能计量结果的合理性。基于上述计量公式，可以在电能计量结果的计算上有效避免线性负载因计量谐波电能造成的额外损失，而对于非线性负载，也不会因为计量负谐波而产生较大的电能计量误差，而且基于该计量公式可以有效地通过经济手段采取相应的补偿和惩罚，从而迫使用户采取措施减小注入电网的谐波量，从根源上避免谐波对电能计量结果的影响。从对上述计量公式的分析来看，有效防范谐波对电能计量结果影响的改进办法就是对基波能量和谐波能量分别进行计量。然而，在实际的操作中，由于对谐波能量和基波能量分别计量的成本较高，因此，本文所提出的这种新的电能计量方式不适用于一般用户，比较适合于谐波污染较严重的供电系统，如大中型电力用户等。虽然这种新的电能计量方式的原理相对复杂，而且实际操作所花费的成本较高，但从理论上看，设计具体的计量方法时要突破所设计的方法是否可能测量或便于测量的束缚，首先要考虑它是否具有科学的根据，要力求使计量方法准确合理。相信随着电子技术的不断发展，本文提出的这种新的计量方式会越来越得到广泛的应用。

本文研究谐波对电能计量的影响，得出在谐波情况下现有电能计量是否准确、合理的结论后，对目前电能计量中存在的问题提出合理的改进措施，将解决谐波对电能计量的影响，使电能计量的准确性问题，为发、供、用电三方的经济利益及交易的公平性提供技术依据，有利于电力市场化。同时文中所提出的有效防范谐波对电能计量结果影响的改进的电能计量方式将为谐波条件下电能计量的合理性提供技术依据，实现对产生谐波的用户进行惩罚，有利于改善电网的环境污染，具有很好的市场应用前景。

本文作者：何珊珊工作单位：冀北电力有限公司唐山供电公司营销部综合室