李 璨

（國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南 250000）

電能是經(jīng)濟(jì)社會的一種特殊商品，電能質(zhì)量的好壞直接影響到電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，正在受到越來越多的部門的重視[1-3]。

隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電力電子裝置廣泛的應(yīng)用于電力系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域，整流、逆變、變頻等設(shè)備實(shí)現(xiàn)了變革，拓寬了電能的應(yīng)用，但是在提高用電效率的同時(shí)也造成了電力系統(tǒng)的諧波污染日益嚴(yán)重，直接影響到了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[4-7]。隨著社會發(fā)展以及科技不斷進(jìn)步，電力用戶對供電質(zhì)量及其可靠性的要求會日益提高，電能質(zhì)量問題將更為突出。

電能與其他商品一樣也具備生產(chǎn)、銷售、使用等各個(gè)環(huán)節(jié)，這就說明了在發(fā)電、供電、用電三方之間存在著貿(mào)易結(jié)算的問題，而電能計(jì)量裝置就是貿(mào)易結(jié)算的基礎(chǔ)與依據(jù)，電能計(jì)量數(shù)據(jù)的精確也直接影響到發(fā)、供、用三方的經(jīng)濟(jì)利益及交易的公平性[8-11]。因此，研究諧波對電能計(jì)量裝置的影響具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 電網(wǎng)諧波測試

電能是一種具有廣泛適用性的終端能源，可直接轉(zhuǎn)換成其他能源形式消耗，也可轉(zhuǎn)換成多種形態(tài)的電能后再消耗（或再利用），電能形態(tài)的轉(zhuǎn)換必然伴隨著諧波的產(chǎn)生。表1至表4是某電網(wǎng)220kV、110kV、35kV、10kV母線的諧波畸變率測試結(jié)果。

表1 220kV母線諧波電壓、電流畸變率/%

表2 110kV母線諧波電壓、電流畸變率/%

表3 35kV母線諧波電壓、電流畸變率/%

表4 10kV母線諧波電壓、電流畸變率/%

諧波是人類用電方式發(fā)展的直接體現(xiàn)，也是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，隨著我國綜合國力的不斷增強(qiáng)，諧波問題會越來越突出。

2 諧波影響下有功功率的計(jì)算

在諧波影響下的電壓、電流的表達(dá)式為

式中，h為諧波次數(shù)；N為最高諧波次數(shù)；ω1為基波角頻率；Uh、Ih為諧波電壓、電流有效值；αh、βh為諧波電壓、電流初相角。

諧波功率也可分為有功功率與無功功率，諧波影響下的無功功率的定義目前還沒有統(tǒng)一的方法，有功功率為

由于：

對于所有m、h，有：

則式（2）可變換為

由式（3）可知：只有同頻率的電壓和電流才構(gòu)成有功功率，而不同頻率的電壓電流之間只能構(gòu)成瞬時(shí)功率。

3 諧波對電能計(jì)量的影響

電力系統(tǒng)諧波對電能計(jì)量裝置的影響主要表現(xiàn)對電能表計(jì)的影響，諧波影響下的基波電能與諧波電能的大小將影響到電能表的準(zhǔn)確性，本小節(jié)主要分析電力系統(tǒng)諧波對感應(yīng)式電能表與電子式電能表的影響。

3.1 諧波對感應(yīng)式電能表的影響

諧波會使電網(wǎng)的電壓、電流產(chǎn)生波形畸變，而且會出現(xiàn)高頻分量，波形畸變與頻率變化會對感應(yīng)式電能表產(chǎn)生影響。

1）感應(yīng)式電能表的最佳工作頻率為電網(wǎng)額定頻率，即工頻50Hz，而且電壓、電流的波形必須為正弦波形，如果電壓、電流出現(xiàn)波形畸變，就會影響電能表的準(zhǔn)確度。

在基波電流與基波電壓保持不變的情況下，電壓與電流中含有諧波分量，會使電能表的電壓線圈的阻抗以及轉(zhuǎn)盤阻抗發(fā)生變化，影響電壓、電流的工作磁通，進(jìn)而影響到電能表的測量精度。

在感應(yīng)式電能表中含有鐵心，具有非線性的特性，電壓、電流波形的畸變會使鐵心出現(xiàn)飽和，磁通不能呈現(xiàn)線性變化。由于同頻率的電壓、電流才能產(chǎn)生有效的功率，而且同頻率的電壓、電流的磁通才能產(chǎn)生有效轉(zhuǎn)矩，在波形畸變的影響下，功率與轉(zhuǎn)矩不成比例產(chǎn)生誤差。

2）感應(yīng)式電能表頻率響應(yīng)曲線如圖1所示，諧波的產(chǎn)生會影響到電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，電能表的頻率特性曲線是分析諧波危害的重要依據(jù)。

圖1 電磁式電能表頻率響應(yīng)特性曲線

由圖1可知，隨著頻率的變化，電磁式電能表的誤差也在變化，頻率變化越大，誤差也越大。電磁式電能表的電流線圈磁通量與頻率變化成反比，磁通越小，驅(qū)動力矩就會越小，直接導(dǎo)致電能表的轉(zhuǎn)速減慢，產(chǎn)生負(fù)誤差；磁通越大，驅(qū)動力矩就會越大，直接導(dǎo)致電能表的轉(zhuǎn)速加快，產(chǎn)生正誤差。

3.2 諧波對電子式電能表的影響

1）電子式電能表在測量不同的信號時(shí)有不同的響應(yīng)，測量的誤差也不同。相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明：當(dāng)測量信號的電壓、電流分量中，其中一個(gè)信號含有諧波出現(xiàn)畸變時(shí)，電子式電能表會出現(xiàn)測量誤差，而且誤差的大小與畸變程度呈正比。當(dāng)測量信號中，電壓電流均出現(xiàn)波形畸變時(shí)，這時(shí)會產(chǎn)生諧波功率，對電子式電能表測量的電能值影響不大，誤差較小，可以忽略。

2）電子式電能表頻率響應(yīng)曲線如圖2所示，由圖可知，電子式電能表的頻率響應(yīng)特性曲線比較平坦，頻率變化對其計(jì)量誤差影響不大。

圖2 電子式電能表頻率響應(yīng)特性曲線

時(shí)間T內(nèi)，諧波影響下，電子式電能表的電能值為

式中，n=2,3??????；λn為電能表的諧波功角偏移。

4 結(jié)論

電能計(jì)量數(shù)據(jù)的精確也直接影響到發(fā)、供、用三方的經(jīng)濟(jì)利益及交易的公平性隨著電力電子裝置的不斷推廣應(yīng)用，電力系統(tǒng)中的諧波污染問題將會越來越嚴(yán)重，如何有效進(jìn)行諧波治理，提高電能計(jì)量裝置數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性具有重大意義。

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