电力谐波对电能计量的影响研究

电力谐波对电能计量的影响研究

关键词:电力谐波;电能计量;影响

一、电力谐波产生的主要原因及危害

(1)电力谐波产生的原因

当前电力谐波产生的主要原因有以下三个:

1)用电设备中采用的整流晶闸管。应用整流晶闸管的主要是开关电源、电力机车、充电装置以及铝电解槽等等,都得到了非常广泛的应用,而在使用过程中都会产生大量的电力谐波。同时,对于电弧炉、电石炉等,会因为三相负荷的不平衡而产生电力谐波,从经变压器注入电网。

2)输电系统。在我国的电网中,其输电系统也会产生相应的电力谐波,究其原因主要是由于在输电系统中的变压器里面,会因为变压器铁心的饱和,使得磁化电流呈现出尖顶波形,从而产生电力谐波。

3)发电机的电源质量。如果发电机的电源质量不高时,也会相应地产生电力谐波,主要是因为发电机主要是因为三相绕组而成的,这在制作上是很难绝对对称的,因此,其发电机的铁心也难做到均匀一致。因此,其产生的电源多少也会带有少量的谐波。

(2)电力谐波的危害

一般情况下,产生的电力谐波不仅可以对电磁环境产生影响,而且还可以对电气设备和用电效率产生较大的影响,严重时还会对电力系统的安全运行产生极大的影响。电力谐波产生的危害主要有,首先,会在谐波电流和电机旋转磁场相互作用产生脉动转矩使电机产生机械振动、噪声、过电压。在该种情况下,就会使得电气设备产生过热和绝缘老化的现象,从而对电气设备的正常工作产生影响;其次,电力谐波会对传输的信号产生干扰,从而使得传输的通信信号质量降低,对信号的正常传输产生较大的影响,严重时还会对通信设备带来较大的损害;第三,谐波电流比例较小,但是有效电阻能够使谐波增大,特别是有铁心的电气设备中铁心磁滞损耗和涡流损耗也会增大,而且能够使得设备的温度升高,降低其使用寿命。

二、电力谐波对电能计量所产生的具体影响

(一)对与不同类型的电能表频率进行响应测试,其中感应式电能表在2次以上的电力谐波中衰减特性逐渐增大,直到第9次时,可以衰减掉80%以上,因为在感应式电能表中,其圆盘涡流路径等效与圆盘阻抗角,可以随频率增高而去增大然而电子式电能表中,它是旱宽带响应特性的,因此它的电子表带宽会受到互感器频带以及乘法器时钟频率的限制。

(二)电力谐波不仅会增加电动机的有效轴功率,还会增大其附加损耗,严重缩短电机寿命,损害我国电力系统的运营安全,在电磁感应式电能表中,会因为系统频率偏移以及谐波的影响而产生误差,这是由于电磁感应式电能表,其设计就是按基波来情况考虑的,当负荷电压与电流不变时,其频率的变化以及电压线圈阻抗的变化,均会会导致其电能表中电压工作磁通的改变,而且电能表中,也会由于转盘阻抗变化,从而引起电流磁通的变化,影响电磁感应式电能表测量的精度。在感应式电能表基础上,改进感应式电能表电能计量的非线性数学模型,以个能量为计量标准或者是以基波能量为计量标准的时候,由于感应式电能表误差频率特性曲线下降,因此电能计量中电力谐波对感应式电能表测得的电能计量会产生较大影响感应式电能表频率的响应曲线,会随着频率增大而增大,因此,感应式电能表的电能计量要大于基波和各次谐波电能的和。

(三)谐波对于电能计量合理性的影响

将基波的电能与各次谐波的电能相加,就得出了所测量出来的电能。但是油于谐波受到负荷的影响会呈现出不同的状态所以,用户对于电网的要求往往是希望能够计量处基波电能从为这样做更具有合理性。但是从实际应用情况来看,由于用户多数使用非线性特征的负荷加果这些谐波流入到电网当中,就会造成电网谐波污染。从电力系统的角度来考虑,电网的负荷只呈现出基波电流和基波电压是最理想的了但是在实际操作中,这一点却与用户之间出现了矛盾。

线性负荷的电流和电压信号主要受到系统电源的影响肖电源释放出来的信号为正弦波的时候,此时线性负荷也呈现出正弦波,所消耗的是基波有功功率。如果出现非线性负荷那么电流信号发生崎变此时同频率电流和电压的积分构成了电路所消耗的有功功率。当电流和电压的信号都发生了崎变赊了基波的有功功率被消耗掉之外楷波的有功功率表也被消耗了。

三、消除谐波对电能计量的影响的对策

(一)对于装置的电路设计进行改进

为了消除高次谐波对于电能计量的影响,可以将电路的设计方案进行改变。使用高阶低通滤波器可以将高次谐波过滤掉,使电能表达到准确计量的效果。装置的核心部件采用高阶低通滤波器之后,将锁相倍频技术运用到其中肖有高次谐波产生的时候,这种技术可以实现自动跟踪滤波的功效,以避免谐波对于电网所带来的影响,采用这种装置其极具稳定性河以保证电能表计量的精确度。

(二)合理电能计量方式的选择

(1)电力谐波大量注入电网中,会使电力系统的电压以及电流波形发生严重的变形影响仪器、仪表的准确性,然而电力计量是关系到电力供需双方积极效益的关键,也是电网经济的核算依据,因此,降低电力谐波对电能计量的影响是十分必要的。

(2)在我国的电能计量中,对与同一计量点,当电力谐波以超过国标上的规定时可以采用相同准确级的个电子式电能表或者是电磁感应式电能表,也叮以使用具有训量谐波分量的多功能电能表。

(3)当电力谐波是大功率变流设备以及电弧炉等电力负载产生的时候,其电能表中会记录负荷消耗基波有功电能,此时采用电磁感应式电能表更合理,如果是电力谐波是山电网产生的时候,可以采用个电子式电能表,能反映出实际的电能计量电力谐波对电能计量的影响,可以采用合理的计量方式,按照电价体系中电力成本合理分摊的原则,对吸收电力谐波的用户,在其电力价格以及用电量上给予适当的谐波分量补偿,并按谐波分量比例调整用电价格,综合治理非线性负载用户谐波,用高精度电子式电能计费表计,降低谐波对电能计量的影响。

(三)谐波功率和基波功率分别计量

在影响电能表计量准确性的各种因素中赊了与谐波的电流与电压幅值存在着直接的关系之外,还与两者之间的相角差有关其中的谐波电能传递方式就是由谐波电流和谐波电压之间的相角差所决定的。基于此在进行电能计量的时候河以采用谐波功率和基波功率分别计量的方法,以避免无法快速而准确地判断谐波的流向而影响到电能计量的精确度。在电能表的使用上赊了技术上对于电能表改善设计思路之外还可以配合具有相应性能的电能表进行使用。比如将宽频带功率电能表配配合工频基波电能表使用就可以将谐波的流动方向甚至于大小都可以测量出来计量工作人员就可以据此找到非线性用户,并根据所测量出的谐波数据给予惩罚,以挽回电网的经济损失,同时还可以对现行用户进行补偿。

结语

总之,随着我国电网建设规模的不断扩大,电网中电力设备产生的电力谐波问题并不容易避免,也是一个不可完全消除的因素,会对电能计量带来较大的不良影响。因此,针对该种背景,供用电双方均应该提起对电力谐波抑制的重视,不断加强相关技术的研究和共管,以尽最大可能降低电力谐波给电能计量造成的不良影响。

参考文献:

[1]刘平.论电流互感器对电能计量有何影响[J].科技视界,2014,01:321+367.

[2]王琨.谐波对电能计量的影响与对策[J].通信电源技术,2014,01:104-105.

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