計(jì)德威

摘要：作為電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理中的一個(gè)重要組成部分，電能計(jì)量工作關(guān)系著電費(fèi)的收取，影響著電力資源的使用，其準(zhǔn)確性直接影響著電力企業(yè)和電力用戶的切身利益，必須得到足夠的重視。本文結(jié)合諧波產(chǎn)生的原因，就諧波背景下電能計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量誤差進(jìn)行了分析和研究，并就電能計(jì)量模式的合理性提出了幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：諧波；電能計(jì)量系統(tǒng)；計(jì)量誤差

前言：

工業(yè)化進(jìn)程的加快不僅帶動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，也使得社會(huì)對(duì)于電能的需求不斷增大，電力行業(yè)迅速成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的支柱產(chǎn)業(yè)。對(duì)于電力企業(yè)而言，做好電能計(jì)量工作非常重要，而諧波的存在會(huì)對(duì)電能計(jì)量工作的準(zhǔn)確性造成一定影響，需要電力企業(yè)重視起來(lái)，做好計(jì)量誤差的分析和應(yīng)對(duì)。

1 諧波產(chǎn)生的原因

在電力系統(tǒng)中，諧波產(chǎn)生的原因是多方面的，一是電源端諧波，在當(dāng)前的技術(shù)條件下，想要實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)三相繞組的絕對(duì)對(duì)稱極其困難，鐵芯的絕對(duì)均勻也是一種奢望，加上其他因素的影響，電源端會(huì)產(chǎn)生部分諧波；二是輸配電過程諧波，這也是電網(wǎng)諧波的主要來(lái)源，分析原因，主要是在對(duì)變壓器等設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，不僅需要考慮合理性和實(shí)用性，還需要關(guān)注成本，在這種情況下，如果鐵芯磁化曲線處于非線性飽和態(tài)，則在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的磁化電流會(huì)引發(fā)奇次諧波，諧波比例可能超過變壓器額定電流的0.5%；三是電力設(shè)備諧波，例如，整流晶閘管在開關(guān)電源、充電裝置和機(jī)電控制等方面有著廣泛的應(yīng)用，而其在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量諧波，相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，整流設(shè)備引發(fā)的諧波占據(jù)了電網(wǎng)諧波總量的40%左右；變頻設(shè)備的控制非常方便，可以有效減少能源的浪費(fèi)，但是其本身相位控制的形式導(dǎo)致諧波成分較為復(fù)雜，對(duì)于電網(wǎng)的影響同樣不容忽視；冰箱、洗衣機(jī)等家用電器中含有繞組，受不平衡電流變化的影響，同樣會(huì)導(dǎo)致電源波形的改變，引發(fā)諧波問題[1]。

2 諧波背景下的電能計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量誤差

諧波對(duì)于電能計(jì)量系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在電能表計(jì)量誤差方面，考慮在智能電網(wǎng)飛速發(fā)展帶動(dòng)下，傳統(tǒng)機(jī)械式電能表和電磁感應(yīng)電能表逐漸被電子式智能電表淘汰，這里僅針對(duì)電子式電能表進(jìn)行分析和討論。

2.1電能表誤差

2.1.1模擬乘法器電能表

這種電能表包括了輸入部分、輸出部分、乘法器以及電壓/頻率轉(zhuǎn)換器等，在運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)換器會(huì)將輸入的電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為能夠被乘法器接收的信號(hào)，乘法器結(jié)合信號(hào)得到平均功率，然后將之轉(zhuǎn)化為頻率脈沖信號(hào)，通過對(duì)信號(hào)的計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量。模擬乘法器是電能表誤差的主要來(lái)源，如果輸入的乘法器中的信號(hào)含有高次諧波，則依照其計(jì)量原理分析，輸入信號(hào)不再是簡(jiǎn)單的直流信號(hào)，在同等時(shí)間間隔下，輸入高次諧波的變化較基波更大，如在這種情況下，電能表計(jì)量結(jié)果會(huì)出現(xiàn)原理性誤差（見圖1）。

2.1.2數(shù)字式電能表

數(shù)字式電能表的計(jì)量誤差多數(shù)情況下來(lái)源于數(shù)字乘法器，包括了采樣保持部分和A/D轉(zhuǎn)換部分，這里假定輸入量為h次同頻率諧波，則存在

公式中，b表示A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)，Ns表示一個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)。結(jié)合公式分析，A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越高，則量化誤差越小，相對(duì)誤差也越小。

2.2計(jì)量系統(tǒng)誤差

一般情況下，電能計(jì)量系統(tǒng)包括了電能表、計(jì)量二次回路、CVT和TA等，對(duì)于高壓線路的電壓和電流，需要首先經(jīng)過互感器轉(zhuǎn)換，然后才會(huì)輸入到電能表中，計(jì)算相應(yīng)的功率值。事實(shí)上，在電能計(jì)量系統(tǒng)中，每一個(gè)組成部分都可能會(huì)產(chǎn)生誤差，其誤差構(gòu)成如圖2所示。

這里的誤差包括了相位誤差和幅值誤差，如果處于單次諧波條件下，電能表本身并不會(huì)出現(xiàn)相位偏移問題，但是CVT和TA會(huì)導(dǎo)致電壓與電流的相位偏移，從而導(dǎo)致計(jì)量誤差的增大。而在多次諧波條件下，電能計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)量誤差會(huì)變得更加復(fù)雜。

在基波與諧波背景下，開展電能計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)量誤差分析，如果能夠切實(shí)保證電能表與TA的計(jì)量精度，則CVT諧波計(jì)量誤差會(huì)直接決定諧波計(jì)量誤差，而在諧波背景下，由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)CVT的準(zhǔn)確測(cè)量，可以通過提升電壓互感器計(jì)量精度的方式來(lái)保證計(jì)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠[2]。

3 電能計(jì)量模式合理性研究

針對(duì)諧波背景下的電能計(jì)量誤差問題，當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)形成了相關(guān)規(guī)范，不過在規(guī)范中雖然提到了諧波對(duì)于電能計(jì)量準(zhǔn)確性的影響，卻并沒有將諧波電能的計(jì)量納入其中。從目前來(lái)看，常見的電能計(jì)量模式有三種：一是基波計(jì)量模式，配合基波電能表，僅對(duì)用戶消耗的基波功率進(jìn)行計(jì)量，因此不會(huì)受到CVT對(duì)諧波測(cè)量誤差的影響；二是全波計(jì)量模式，配合頻率響應(yīng)較寬的電子式電能表實(shí)現(xiàn)對(duì)于基波和諧波的同時(shí)計(jì)量，因此在理論上，會(huì)將用戶小號(hào)的基波功率以及發(fā)出或者吸收的諧波功率全部計(jì)算到電費(fèi)中，這也是我國(guó)當(dāng)前采用的電能計(jì)量模式；三是單獨(dú)計(jì)量模式，即采用基波表計(jì)量用戶的基波功率，采用諧波表計(jì)量用戶的諧波功率，在這種情況下，要求電能表必須能夠?qū)χC波功率進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量。

這三種計(jì)量模式并不存在絕對(duì)的合理性或者準(zhǔn)確性，主要是面對(duì)的負(fù)荷類型不同，產(chǎn)生的效果也存在較大差異。不過伴隨著技術(shù)的發(fā)展，電能表已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)基波功率和諧波功率的精確計(jì)量，而對(duì)于電能計(jì)量系統(tǒng)而言，對(duì)于諧波的計(jì)量精度相對(duì)較大，導(dǎo)致這種情況的主要原因是互感器本身的計(jì)量精度有待提高。因此，想要保證電能計(jì)量模式的合理性，需要提升電能計(jì)量系統(tǒng)的精確性，準(zhǔn)確判斷諧波來(lái)源，對(duì)用戶類型、基波電能以及諧波電能等進(jìn)行合理區(qū)分[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，諧波的存在不僅會(huì)影響電力設(shè)備的正常運(yùn)行，也會(huì)導(dǎo)致用戶電費(fèi)的增加，因此，電力企業(yè)應(yīng)該重視起來(lái)，做好諧波影響下電能計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量誤差的分析，采取切實(shí)有效的措施和方法，降低諧波影響，維護(hù)好電力企業(yè)和電力用戶雙方的利益。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙偉，孫衛(wèi)明，彭宏亮，等.諧波條件下基于計(jì)量誤差量化分析的電能計(jì)量方案[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015，39（12）：121-125，15.

[2]潘超，寧星，鄭華金.基于諧波背景下的電能計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)量誤差分析[J].建材與裝飾，2016，（46）：202-203.

[3]王鳴陽(yáng).分析諧波背景下電能計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)量誤差[J].智能城市，2017，（2）：42.endprint