何建新

（廣東省計(jì)量科學(xué)研究院，廣東廣州，510405）

0 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的持續(xù)提高，電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展也呈現(xiàn)出了良好的發(fā)展態(tài)勢，非線性用戶接入數(shù)量逐漸增多，形成了電力諧波對電能計(jì)量工作的影響，不僅降低了電能計(jì)量工作的準(zhǔn)確性和綜合效率，甚至可能引發(fā)計(jì)量泄露的問題，威脅著電力的穩(wěn)定安全運(yùn)行。針對諧波形成的影響，電力計(jì)量工作應(yīng)不斷地改進(jìn)和優(yōu)化方式方法，加強(qiáng)對電力計(jì)量準(zhǔn)確性的深入研究，提高電力計(jì)量工作的綜合水平與成效。

1 電力諧波產(chǎn)生的原因

電力設(shè)備中電力諧波的產(chǎn)生是無法百分之百完全避免的，之所以會發(fā)生電力諧波，很大一部分是由于電源部分出現(xiàn)了異常問題導(dǎo)致的。電源質(zhì)量較差時會導(dǎo)致電力諧波的產(chǎn)生，除此之外，在電力設(shè)備晶體閘管整流設(shè)備中，也可能發(fā)生電力諧波。輸電系統(tǒng)中變壓器的實(shí)際運(yùn)行和使用過程，也是電力諧波產(chǎn)生的一大環(huán)節(jié)。諧波的大小會在負(fù)載過程中隨著電容的變化而發(fā)生改變，通常情況下，電容的大小改變會使諧波的大小按照正比關(guān)系發(fā)生一定程度的變化。針對電力諧波的研究，在傳統(tǒng)的理論中認(rèn)為電力諧波是變壓器產(chǎn)生的，近些年來我國的社會條件不斷改變，用電設(shè)備使用量增加，用電設(shè)備性能也發(fā)生了改變，因此和變壓器產(chǎn)生的電力諧波量相比，電力設(shè)備產(chǎn)生的電力諧波量更高，提高了電力諧波的組合形式復(fù)雜性，導(dǎo)致電力諧波所帶來的影響更加明顯，增加了電力計(jì)量工作的難度，為了保證電能計(jì)量工作的準(zhǔn)確性，必須要從多方面考慮優(yōu)化電能計(jì)量工作，帶來了對電能計(jì)量工作的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1]。

2 電力諧波對電能計(jì)量產(chǎn)生的影響

電力諧波的產(chǎn)生是不可避免的，影響著電能的計(jì)量準(zhǔn)確性，體現(xiàn)在全電子式的電能表中，由于實(shí)際的電力使用過程中電力客戶的用電負(fù)荷是動態(tài)變化的，會隨時發(fā)生改變，因此針對每個周期的電壓和電流以及電壓電流之間的相位差值，利用電子式電能表無法進(jìn)行準(zhǔn)確和快速地測量。通常情況下，電子式電能表的測量元件是由乘法器和A、D采樣器構(gòu)成的，無法直接地計(jì)算出相關(guān)功率，但是可以通過對用電負(fù)荷電壓的采樣，結(jié)合電流的瞬間值采樣結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，得出最后的結(jié)果，用采樣周期乘以電壓瞬間值和采樣電流相乘相加后的數(shù)值，最終的平均電能就可以計(jì)算出來。發(fā)生在電子式電能表中的計(jì)量誤差問題就是在這一過程中將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量形成的，A、D采樣器的采樣次數(shù)和轉(zhuǎn)換精度均對計(jì)量結(jié)果有著直接的影響。并且電能計(jì)量裝置中電壓電流互感器自身存在的比差和角差問題，也會形成對計(jì)量結(jié)果的影響，這二者之間會形成幅值誤差和相位誤差，此類誤差問題均可能導(dǎo)致電能表的電能計(jì)量發(fā)生錯誤。電力線路的具體運(yùn)行中，電壓和電流互感器中有電壓和電流通過，在電磁感應(yīng)原理作用下形成二次電壓和電流的轉(zhuǎn)換，再向電能表傳入，借助二次導(dǎo)線的功能產(chǎn)生最終的結(jié)果，這一過程中計(jì)量用的配置是否準(zhǔn)確對計(jì)量結(jié)果形成了一定程度的影響。電能計(jì)量裝置在電力諧波的作用下可能發(fā)生誤差問題，因?yàn)閺睦碚撗芯康慕嵌冗M(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)電力諧波會在電能計(jì)量儀表中形成電磁轉(zhuǎn)矩，這樣一來就為后續(xù)的電能計(jì)量工作埋下了隱患問題，導(dǎo)致計(jì)量裝置發(fā)生誤差，降低了電能計(jì)量的準(zhǔn)確性。電磁感應(yīng)式電能表裝置中共同存在基波和諧波，在諧波作用下，電能表的旋轉(zhuǎn)盤阻抗和電壓線圈阻抗發(fā)生了變化，改變了磁通量，最終引起了電能計(jì)量誤差問題，針對諧波有功電能的計(jì)量工作必然會面對這一誤差因素[2]。

3 電力諧波影響下電能計(jì)量的優(yōu)化對策

3.1 優(yōu)化計(jì)量方式

為了降低諧波對電能計(jì)量產(chǎn)生的影響，可通過優(yōu)化計(jì)量方式、提高對計(jì)量方式的管理有效性，運(yùn)用全能計(jì)量方式和基波電能計(jì)量方式兩種不同方法展開深入研究。全能計(jì)量方式下，對于電能表的要求較高，需要電能表將基波電腦和所有的諧波電能準(zhǔn)確、全面地反映出來，這樣才能使電能計(jì)量受到的諧波影響降到最低，保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確性效果。針對線性用戶電能表可以升級為電子式電能表，有效降低諧波對計(jì)量過程形成的影響，大大降低了電能計(jì)量可能發(fā)生的誤差問題，甚至可以將誤差降低到趨近于零。基波電能計(jì)量方式準(zhǔn)確性較強(qiáng)，能夠?qū)⒒ㄓ泄β屎陀泄﹄娔軠?zhǔn)確地表達(dá)出來，是一種高效的計(jì)量方式，利用基波電能計(jì)量方式展開電能計(jì)量工作的過程中，應(yīng)保證該方式運(yùn)用的準(zhǔn)確性和合理性，將諧波有功功率剔除在外，進(jìn)行電能計(jì)量，也就是說不管是非線性用戶還是線性用戶，利用基波電能計(jì)量方式進(jìn)行電能計(jì)量工作時，電能表上只將W1反映了出來。由此可見兩種電能表在有功電能的計(jì)量方面準(zhǔn)確性均不足，因此必須要將專門的基波有功電能表配備其中，才能夠采取這樣的計(jì)量方式計(jì)量電能，抑制電源諧波，轉(zhuǎn)換成有源濾波的方式，利用開關(guān)交換功能和PWM轉(zhuǎn)換器的合理運(yùn)用，能夠達(dá)到有效的抑制諧波的作用，這樣的方式能夠使功率因數(shù)得到提高，強(qiáng)化了電能計(jì)量的準(zhǔn)確性[3]。

3.2 降低諧波使用量

為了使電能計(jì)量的準(zhǔn)確性得到提高、最大程度地降低諧波對電能計(jì)量形成的負(fù)面影響，應(yīng)從源頭著手，加強(qiáng)對諧波使用量的控制，減少諧波在電網(wǎng)中的使用總量。之所以使用諧波目的是保證充足的電能供應(yīng)，但是大量使用諧波會損害正常的電能供應(yīng)和運(yùn)行，針對諧波可能帶來的損害問題，為了加強(qiáng)對電力設(shè)備和線路的保護(hù)，強(qiáng)調(diào)電能計(jì)量工作的準(zhǔn)確效率，可通過對電路的改進(jìn)方式，使負(fù)載性質(zhì)得到改善，電網(wǎng)中諧波的使用量也能夠最大限度地減少，供電企業(yè)的輸出成本有所減少，提高了電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，推動電力部門未來更好的長足建設(shè)與發(fā)展[4]。

3.3 強(qiáng)化技術(shù)管理

電力諧波會影響電能計(jì)量的準(zhǔn)確率，導(dǎo)致電能計(jì)量的結(jié)果發(fā)生改變，因此有必要加強(qiáng)對技術(shù)管理工作的有效探索，鼓勵和引導(dǎo)用戶在選擇計(jì)量表的時候盡可能選用新型的數(shù)字電能計(jì)量表。結(jié)合實(shí)際的用戶情況，選擇合適的諧波濾波裝置，使電網(wǎng)中可能存在的諧波含量被控制在合理范圍內(nèi)，并盡可能地減輕電力諧波給電能計(jì)量工作帶來的影響，保證計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.4 增加換流裝置相數(shù)

通過抑制電力斜坡，能夠?yàn)殡娔苡?jì)量的準(zhǔn)確性提供保障，控制電力諧波給電能計(jì)量帶來的負(fù)面影響，保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確率得到提高。通過加大換流裝置的相數(shù)，能夠起到良好的抑制諧波的作用，達(dá)到抑制諧波產(chǎn)生量的目的。因?yàn)橹C波主要就是來源于換流裝置，導(dǎo)致供電系統(tǒng)中發(fā)生了電力諧波，增加電力諧波，導(dǎo)致電能計(jì)量工作在后續(xù)的實(shí)際開展和實(shí)施中準(zhǔn)確性不足。增加換流裝置脈動數(shù)，同樣能夠降低諧波電流的有效值，因?yàn)閾Q流裝置與其交流側(cè)和直流側(cè)形成的諧波次數(shù)能夠清除掉幅值較大的低頻項(xiàng)，這樣一來，電流諧波得到了有效的抑制，從換流裝置這一源頭做好了諧波的管控，抑制諧波產(chǎn)生，保證后續(xù)電能計(jì)量工作的準(zhǔn)確率。

3.5 運(yùn)用有源濾波法和無源濾波法

為了加強(qiáng)對電力諧波源頭的合理管控，降低諧波產(chǎn)生量，抑制諧波產(chǎn)生過程是有效的手段之一，可以利用有源濾波法和無源濾波法兩種方式做好源頭的諧波管控工作。在諧波源附近避免產(chǎn)生諧波電流，能夠使供電系統(tǒng)在電力諧波的作用下受到的影響最小化，提高了對電氣設(shè)備的保護(hù)效果，使諧波電壓有所降低，降低了諧波電流形成的危害，提高諧波電流產(chǎn)生的預(yù)防效果，通過主動預(yù)防的方式，也就是有源濾波法，這是將諧波消除的有效方式之一，關(guān)斷電力電子器件產(chǎn)生和負(fù)壓電流中諧波電流相位相反，抑制和消除分量大小相等的電流，降低諧波產(chǎn)生量，這就是傳統(tǒng)的無源濾波方式，是一種被動的防御方法，發(fā)揮出該裝置的功能，使諧波對電氣設(shè)備形成的影響和危害減輕，為電能計(jì)量工作做好基礎(chǔ)保障，抑制諧波的產(chǎn)生[5]。

4 結(jié)論

現(xiàn)代化社會的電網(wǎng)運(yùn)行中，電力設(shè)備發(fā)生電力諧波的問題是難以避免的，影響著電能的計(jì)量工作。此背景下的供電企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對電力諧波分析和深入研究，結(jié)合電力諧波帶來的影響，加強(qiáng)對電能計(jì)量工作的改進(jìn)和優(yōu)化，通過技術(shù)創(chuàng)新，降低電力諧波帶來的影響，保證電力計(jì)量工作的準(zhǔn)確性，推動電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)更好的發(fā)展。