电力谐波应用于电力计量中的

【摘 要】电力系统收费主要是依据电力计量,电力计量直接关系到电力系统的经济效益,对电力系统中计算技术指标也有很大的影响,在电力系统安全、合理的运行和电力的市场化方面有着重要的作用.电网中存在的谐波,严重影响了电力计量的合理性和准确性,影响了供电部门和用电人员的经济利益以及电力交易的公平性.本文主要通过电力谐波的论述,分析其对电力计量的影响.

【关 键 词】电力谐波；电力计量；影响

一、电力谐波出现的原因

第一,发电源质量低出现谐波.由于三相绕组,制作发电机时很难达到绝对的对称,发电机的铁心也很难保持绝对均匀,因此,发电源总会出现一些谐波,不过,一般来说比较少.

第二,输配电系统出现谐波.通常是电力变压器中出现谐波,由于变压器铁心饱和,非线性的磁化曲线,设计变压器时的经济性,工作磁密处于磁化曲线的饱和段中,磁化电流就呈现为尖项波形,含有奇次谐波.变压器中铁心饱和程度越高,偏离线性就越远,出现谐波电流往往也就越大.

第三,用电设备出现的谐波.晶闸管整流在铝电解槽、电力机车以及开关电源等方面得到逐渐广泛的应用,使配电网出现了很多的谐波.整流装置是单相整流电路,接感性负载时往往富含奇次谐波电流,3次谐波含量就达到基波的30%,当电容值增大时,谐波含量也会随之增大.根据统计的结果,整流装置出现的谐波在所有谐波中的比例为40%,为最大的谐波源.

二、电力谐波的测量方法

要想解决谐波问题就必须要进行谐波测量,这是研究谐波的出发点和主要的依据.测量谐波,可以对配电网里谐波的含量和潮流方向进行实时监测,并分析谐波流向,对正反向的谐波电量进行计量,并计量每次谐波的占有率以及谐波电压电流的幅值和相位等,根据计量的数据,电力部门可以制定出相关的谐波治理方式.谐波的特点主要有非平稳性、随机性、非线性以及复杂的影响因素等,使谐波在测量时很难做到准确.

目前,测量电力谐波主要有下面几种方法：模拟带通或者带阻滤波器进行测量；根据傅立叶变换的方式进行测量；根据瞬时无功功率进行测量；采取小波方法进行测量.每种方法都有自身的优缺点,目前的电力谐波测量中应用最广泛的是根据傅里叶变换的方式进行测量.

三、电力谐波对电力计量的影响

1.影响电力计量的准确性

第一,感应式电能表.在研究波形畸变影响电能表计量时,要掌握电能表频率特征,电能表频响是否有平坦的曲线,直接影响谐波功率下出现的计数误差大小.感应式电能表仅仅在较窄的频率范围,并且电压、电流是正弦波时,才可以发挥出最好的工作性能.如果配电系统里电压和电流波形偏离正弦出现畸变时,电能表测量的准确度会降低.电压以及电流谐波测量时的频率越高,负误差就越大.

第二,电子式电能表.不同被测信号出现不同的波形响应,电子式电能表出现的误差也会有相应的差别.正弦函数具有正交性的特点,功率的电压或者电流两信号中仅出现一个畸变时,导致电能表测量误差,不过误差很小,忽略不计.如果两信号的波形都出现畸变时,数字乘法器的构成以及时分割乘法器的构成使电能表测量出现的误差在可控精度范围以内.测量电能量的过程中,配电网的电压和电流在测量以后,借助互感器转变为弱电信号以后再进入电能表,所以,互感器自身的准确度对测量结果是否准确有着直接的影响.当用于测量的互感器出现非线性特性,畸变信号传输中途径互感器时,在互感器中转换每次谐波的比例就前后不一致,容易导致被测信号出现变形,此时,测量误差就会变得很大.从实践中得出,在波形出现畸变的情形下,在互感器中的波形变换的误差随着出现谐波频率的增高而增大,并且偶次谐波中波形变换的误差大于奇次谐波.

2.影响电力计量的合理性

电能表计量的电能一般是基波电能和每次谐波电能的总和,每次谐波电能受不同负荷情况的影响,也会出现不同的方向.作为电力部门,希望电力系统中用户的电流是基波电流,使配电网中的电压也成为基波电压,使线性负荷对用户产生的不良影响减轻.作为用户,以为仅计量基波电能会变得更加经济、合理,所以也想仅对基波电能进行计量.不过,目前大部分用户的电能负荷特性属于非线性的,像整流器、冶金、化工、逆变器以及电气化铁路等的负荷,所有这种负荷带来的谐波电流都是向配电网流动的,由理论分析以及试验研究得出谐波功率也往配电网流动.

基波电能减掉谐波电能是电能表计量出来的有功功率,计算基波电能偏低的话,配电网会造成谐波污染.系统电源是正弦波时,同时线性负荷电压和电流的信号也都是正弦波,仅仅耗费了基波的有功功率.如果非线性负荷中的电压也是正弦波,出现电流畸变,因为三角函数具有正交性,同一频率的电压和电流不会出现零积分,电路消耗掉的有功功率只是同一频率的电压和电流积分,这种电路也仅仅把基波的有功功率耗费掉.如果系统电源出现的畸变不包括内阻时,配电网中线性负荷电压和电流都会出现畸变,不仅会耗费掉基波的有功功率,而且谐波的有功功率也被耗费掉；非线性负荷电压和电流往往也会出现畸变,不仅会耗费掉基波的有功功率,谐波的有功功率同样被耗费掉.如果系统电压是正弦波并且包括内阻,配电网中线性负荷电压和电流没有出现畸变,仅仅是耗费掉基波的有功功率,不过非线性负荷会吸收基波的有功功率,并且向系统注人谐波的有功功率.所以,科学的电能计量应该分布计量基波电能以及谐波电能,并根据基波电能来收取电费.

3.计量方法的选择

工业用电中,电力计量大多是多功能的电子式电能表,一般居民、非工商业等在电力计量时常选取感应式电能表.根据国家发改委相关的规定,不同类型的用电用户采取不同的电价收费方式,电能表只能测量出基波功率,无法进行对谐波功率的测量.电力部门以及线性负载用户,用电时受到了谐波带来的影响,付费上却没有造成谐波功率带来的额外损失；而非线性的负载用户,承担了所有的基波电能费用,却不能补偿因出现谐波给电力系统带来的损失.

目前,在我国智能电网的建设中,智能电能表作为基础设备开始应用,它使配电网走向信息化、数字化以及自动化,在电力谐波的电力计量上发挥了重要的作用.智能电能表可以双向计量,具备预付费、阶梯电价以及远程断电的功能,对配电网的运行电能质量以及环境参量进行实时监测,有利于保障电力企业的效益,确保电力供应的稳定性.尤其是当前用户要求电能质量不断提高,而非线性负载又得到广泛的使用.电力谐波使用户的利益受到很大的损害,而且造成了电力系统不断增加非经营成本的投入,面对这种情形,电力部门就急需采取一种新的计量方式.职能电能表可以较好的满足这种需求,它不仅可以测量基波功率值,还测量到谐波潮流的方向以及大小,针对非线性负载用户出现的谐波功率,根据测量的结果给他们额外的经济惩罚,用来补偿给电力部门以及线性用户造成的损失.该计量方式计费比较合理,使非线性用户承担了谐波危害带来经济损失.

总结

随着配电网中投入越来越多的非线性负荷,使配电网出现了很多谐波电流,造成电压和电流的畸变,出现谐波污染的情况,附加的谐波在很大的程度上损耗了电能.谐波电能怎么计算,谐波电能带来的损耗又由谁来承担,针对造成的损耗选取什么样的计费标准,都是电力谐波应用于电力计量时需要解决的问题,只有解决好才可以带来很好的社会和经济效益.