浅析高次谐波对电能计量的影响

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1、浅析高次谐波对电能计量的影响-31-浅析高次谐波对电能计量的影响-31-浅析高次谐波对电能计量的影响浅析高次谐波对电能计量的影响辽阳供电公司张宇辉1.摘要：随着电力电子技术在各工业部门和用电设备上的广泛应用，非线性负荷数量越来越多，容量也越来越大，谐波大量注入电网，使电力系统电压、电流波形发生严重的畸变。由于大多数仪器、仪表是针对工频正弦波设计的，因而造成指示数据不正确。电能计量是电网经济核算的依据，电能的计量精度直接关系到电力供需双方的经济效益和社会效益。确保电能计量的准确、可靠具有十分重要的意义。电能表是电能计量的核心部分和基本量具，其计量准确度直接关系到电能计量的

2、精度。因此深入系统地研究谐波对电能表和电能计量的影响是十分必要的。本文基于学术研究和工程应用，在研究分析感应式电能表的结构及其工作原理的基础上，提出了一种改进的感应式电能表电能计量误差的非线性数学模型；在研究分析电子式电能表及其时分割乘法器的结构及工作原理的基础上，首次建立了乘法器的仿真模型；通过计算分析和仿真分析，对谐波下感应式电能表和电子式电能表的准确度影响因素及影响程度进行了较为全面、深入的分析研究；最后，对计量标准和计量方式进行了初步的探讨。研究分析结果表明：感应式电能表的误差频率特性曲线呈迅速下降趋势，因此在电能计量中，不管是以全能量为计量标准还是以基波能量为

3、计量标准，当谐波含量较大时对感应式电能表的电能计量将会产生较大的影响。和感应式电能表相比，电子式电能表的计量误差受频率变化影响较小，具有较宽的频率响应，误差频率特性曲线较为平坦，因此，在谐波存在下以全能量为计量标准时，电子式电能表的计量误差远远小于感应式电能表的电能计量误差，而以基波能量为计量标准时，电子式电能表的计量误差比感应式电能表的计量误差大。不同的计量标准下对电能表计量误差的评价也不相同。通过对非线性负荷的理论分析表明，作为谐波源，非线性负荷所产生的谐波是吸收基波的一部分转化而来，从而说明传统的计量方式具有不合理性，提出相应的解决方法和对策，并建议一种新的电能计

4、量方式供同行研究探讨。近年来随着国家产业政策的调整和节能环保工作的不断推进，高耗能和对环境、电网污染较为严重的企业，在辽阳这个铁矿丰富的城市，一些如30万吨以下的小型炼钢、铁合金、大型起重吊装、牵引等设备的电力电子装置带来的谐波问题，对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在威胁，给周围电网运行带来极大影响。电力系统中的主要谐波源可分为两类：一是含半导体的非线性元件，如各种整流设备、变流器、交直流换流设备、变频器等节能和控制用的电力电子设备；二是含电弧和铁磁非线性设备的谐波源，如交流电弧炉及铁磁谐振设备等。随着硅整流、电弧炉及可控硅换流设备的广泛使用和各种非线性负荷的增加，

5、当正弦基波电压施加于非线性设备时，设备吸收的电流与施加的电压波形不同，电流因而发生了畸变，谐波电流注入到电网中，造成电压正弦波形畸变，这些设备就成了电力系统的谐波源。关键词：谐波，非线性，无功功率，感应式电能表，电子式电能表，电能计量，计量误差-31-浅析高次谐波对电能计量的影响2电能表的结构和计量原理2.1电能表的分类我国电能表的生产始于50年代初，至今已有50多年的历史。目前电能表的分类情况大致如下(l)按结构原理分，有感应式和电子式电能表两种;(2)按所测电源分，有直流式和交流式电能表两种;(3)按所测的电能分，电能表有有功和无功两种;(4)按接入线路的方式分，电

6、能表有直接接入式和经互感器接入式;(5)按等级指数分，电能表有安装式(3.0、2.0、1.0、0.5级)，携带式(0.2、0.1、0.05、0.02、0.01级)。本论文按照第一种分法，即将电能表分为感应式和电子式两种来分析。感应式电能表早在100多年前就己经在世界上生产和应用了，经过不断的改进，其性能也逐步的完善，具有结构简单、操作安全、维修方便、造价低廉、耐用等一系列的优点。目前我国还在大量的使用着感应式电能表。相对感应式电能表，电子式电能表是国外在70年代发展起来的一种产品，它是应用现代电能测量技术、微电子技术、计算机软硬件技术及通信技术构成的一类全新的电能表。它

7、与感应式电能表相比(见表2.1)，除了具有测量精度高、性能稳定、功耗低、体积小、重量轻等优点外，还易于实现多功能计量，可现场校验和检索多种计测数据，便于数据采集和处理及集中监控。表2.1感应式电能表与电子式电能表性能比较比较项目感应式电能表电子式电能表准确度等级0.5~3.00.01~2.0频率范围45~55(Hz)40~1000(Hz)启动电流0.003Ib0.00011Ib过载能力4倍5~10倍功率消耗大小外磁场影响较大小表2.1中的Ib表示电能表输入的基本电流。从结构上讲，电子式电能表一般由电测量机构和数据处理机构两部分组成。根据电