对谐波影响下的电能计量方式的探讨.docx

对谐波影响下的电能计量方式的探讨摘要：电力用户对电能质量的要求不断提高，电力用户已不仅仅关注供电系统电压和频率，对供电系统谐波的关注也越来越明显。因此，研究谐波问题十分必要，供电系统对谐波的管理和监督也日益重视和规范，本文通过电能计量中谐波影响因素的分析，并在此基础上提出具体的防范措施，以期能更好地促进当前电力系统的安全、合理、有效运行。关键词：电能计量；谐波；影响电能计量是电力系统收费的依据，它的准确与否直接影响到用户和电业部门的利益，所以有必要考虑一种在电网高次谐波存在情况下新的电能计量方法和计量装置。一、谐波对电能计量影响的分析1.谐波对电能计量影响的现状由于感应式电能表较电子式电能表出现得早，基于感应式电能表相关的谐波对电能计量影响的研究成果相对较多，对电子式电能表受谐波影响的研究尚不够深入也不够系统。即便有了针对感应式电能表的一些相关研究成果，但这些研究多是探讨谐波对感应式电能表影响的研究，而且这些研究所基于的实验还不够精确，不少研究成果从理论上推导出的感应式电能表的频率响应模型也不够精确。在基于电子式电能表的相关研究基础上，由于不同的电子式电能表计量方式也不同，即使在相同条件下，所获得的结论也不尽相同，究竟哪种电能计量方法正确，尚有待进一步进行研究。此外，谐波潮流在电网中流动而引起的谐波网损特性问题，还需要进一步研究。只有搞清谐波网损的特性，才能为谐波网损的准确计量奠定科学的理论基础。2.本文的研究方法本文从理论上研究电力系统非线性负荷的基本特性和数学模型，掌握各种非线性负荷产生的谐波特性；根据感应式电能表和电子式电能表的基本结构和基本原理，研究系统供电电源波形无畸变和畸变条件下，非线性负荷产生谐波或吸收谐波的分布和谐波潮流；结合实际电力系统模型（线性负荷与非线性负荷混合系统），计算谐波潮流的分布，并利用MATLAB进行仿真实验；选择谐波污染较为严重的有代表意义的观测点，利用自行研制的配电网综合测量箱进行谐波测试和电能计量，获取实际测试数据；在实时数字仿真系统（RTDS）上建立实际电力系统模型，模型输出可控谐波电压和电流，经放大器输出接入感应式电能表和电子式电能表，对不同谐波条件下的电能进行计量，获取计量误差，与理论结果进行比较；根据理论研究、仿真实验以及实时数字仿真系统（RTDS）模拟试验的结果，提出结论性意见或改进。二、谐波对电能计量结果的影响分析第二，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；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。三、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，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：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01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