淺析高次諧波對(duì)電能計(jì)量的影響

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1、淺析高次諧波對(duì)電能計(jì)量的影響-31-淺析高次諧波對(duì)電能計(jì)量的影響-31-淺析高次諧波對(duì)電能計(jì)量的影響淺析高次諧波對(duì)電能計(jì)量的影響遼陽(yáng)供電公司張宇輝1.摘要：隨著電力電子技術(shù)在各工業(yè)部門(mén)和用電設(shè)備上的廣泛應(yīng)用，非線(xiàn)性負(fù)荷數(shù)量越來(lái)越多，容量也越來(lái)越大，諧波大量注入電網(wǎng)，使電力系統(tǒng)電壓、電流波形發(fā)生嚴(yán)重的畸變。由于大多數(shù)儀器、儀表是針對(duì)工頻正弦波設(shè)計(jì)的，因而造成指示數(shù)據(jù)不正確。電能計(jì)量是電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)核算的依據(jù)，電能的計(jì)量精度直接關(guān)系到電力供需雙方的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。確保電能計(jì)量的準(zhǔn)確、可靠具有十分重要的意義。電能表是電能計(jì)量的核心部分和基本量具，其計(jì)量準(zhǔn)確度直接關(guān)系

2、到電能計(jì)量的精度。因此深入系統(tǒng)地研究諧波對(duì)電能表和電能計(jì)量的影響是十分必要的。本文基于學(xué)術(shù)研究和工程應(yīng)用，在研究分析感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)及其工作原理的基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)的感應(yīng)式電能表電能計(jì)量誤差的非線(xiàn)性數(shù)學(xué)模型；在研究分析電子式電能表及其時(shí)分割乘法器的結(jié)構(gòu)及工作原理的基礎(chǔ)上，首次建立了乘法器的仿真模型；通過(guò)計(jì)算分析和仿真分析，對(duì)諧波下感應(yīng)式電能表和電子式電能表的準(zhǔn)確度影響因素及影響程度進(jìn)行了較為全面、深入的分析研究；最后，對(duì)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)量方式進(jìn)行了初步的探討。研究分析結(jié)果表明：感應(yīng)式電能表的誤差頻率特性曲線(xiàn)呈迅速下降趨勢(shì)，因此在電能計(jì)量中，不管是以全能量為

3、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)還是以基波能量為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)諧波含量較大時(shí)對(duì)感應(yīng)式電能表的電能計(jì)量將會(huì)產(chǎn)生較大的影響。和感應(yīng)式電能表相比，電子式電能表的計(jì)量誤差受頻率變化影響較小，具有較寬的頻率響應(yīng)，誤差頻率特性曲線(xiàn)較為平坦，因此，在諧波存在下以全能量為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，電子式電能表的計(jì)量誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于感應(yīng)式電能表的電能計(jì)量誤差，而以基波能量為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，電子式電能表的計(jì)量誤差比感應(yīng)式電能表的計(jì)量誤差大。不同的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)電能表計(jì)量誤差的評(píng)價(jià)也不相同。通過(guò)對(duì)非線(xiàn)性負(fù)荷的理論分析表明，作為諧波源，非線(xiàn)性負(fù)荷所產(chǎn)生的諧波是吸收基波的一部分轉(zhuǎn)化而來(lái)，從而說(shuō)明傳統(tǒng)的計(jì)量方式具有不合理性，提出相應(yīng)的

4、解決方法和對(duì)策，并建議一種新的電能計(jì)量方式供同行研究探討。近年來(lái)隨著國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整和節(jié)能環(huán)保工作的不斷推進(jìn)，高耗能和對(duì)環(huán)境、電網(wǎng)污染較為嚴(yán)重的企業(yè)，在遼陽(yáng)這個(gè)鐵礦豐富的城市，一些如30萬(wàn)噸以下的小型煉鋼、鐵合金、大型起重吊裝、牽引等設(shè)備的電力電子裝置帶來(lái)的諧波問(wèn)題，對(duì)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行構(gòu)成潛在威脅，給周?chē)娋W(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)極大影響。電力系統(tǒng)中的主要諧波源可分為兩類(lèi)：一是含半導(dǎo)體的非線(xiàn)性元件，如各種整流設(shè)備、變流器、交直流換流設(shè)備、變頻器等節(jié)能和控制用的電力電子設(shè)備；二是含電弧和鐵磁非線(xiàn)性設(shè)備的諧波源，如交流電弧爐及鐵磁諧振設(shè)備等。隨著硅整流、電弧爐及

5、可控硅換流設(shè)備的廣泛使用和各種非線(xiàn)性負(fù)荷的增加，當(dāng)正弦基波電壓施加于非線(xiàn)性設(shè)備時(shí)，設(shè)備吸收的電流與施加的電壓波形不同，電流因而發(fā)生了畸變，諧波電流注入到電網(wǎng)中，造成電壓正弦波形畸變，這些設(shè)備就成了電力系統(tǒng)的諧波源。關(guān)鍵詞：諧波，非線(xiàn)性，無(wú)功功率，感應(yīng)式電能表，電子式電能表，電能計(jì)量，計(jì)量誤差-31-淺析高次諧波對(duì)電能計(jì)量的影響2電能表的結(jié)構(gòu)和計(jì)量原理2.1電能表的分類(lèi)我國(guó)電能表的生產(chǎn)始于50年代初，至今已有50多年的歷史。目前電能表的分類(lèi)情況大致如下(l)按結(jié)構(gòu)原理分，有感應(yīng)式和電子式電能表兩種;(2)按所測(cè)電源分，有直流式和交流式電能表兩種;(3)按所測(cè)的

6、電能分，電能表有有功和無(wú)功兩種;(4)按接入線(xiàn)路的方式分，電能表有直接接入式和經(jīng)互感器接入式;(5)按等級(jí)指數(shù)分，電能表有安裝式(3.0、2.0、1.0、0.5級(jí))，攜帶式(0.2、0.1、0.05、0.02、0.01級(jí))。本論文按照第一種分法，即將電能表分為感應(yīng)式和電子式兩種來(lái)分析。感應(yīng)式電能表早在100多年前就己經(jīng)在世界上生產(chǎn)和應(yīng)用了，經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)，其性能也逐步的完善，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作安全、維修方便、造價(jià)低廉、耐用等一系列的優(yōu)點(diǎn)。目前我國(guó)還在大量的使用著感應(yīng)式電能表。相對(duì)感應(yīng)式電能表，電子式電能表是國(guó)外在70年代發(fā)展起來(lái)的一種產(chǎn)品，它是應(yīng)用現(xiàn)代電能測(cè)

7、量技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)及通信技術(shù)構(gòu)成的一類(lèi)全新的電能表。它與感應(yīng)式電能表相比(見(jiàn)表2.1)，除了具有測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定、功耗低、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)外，還易于實(shí)現(xiàn)多功能計(jì)量，可現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)和檢索多種計(jì)測(cè)數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)采集和處理及集中監(jiān)控。表2.1感應(yīng)式電能表與電子式電能表性能比較比較項(xiàng)目感應(yīng)式電能表電子式電能表準(zhǔn)確度等級(jí)0.5~3.00.01~2.0頻率范圍45~55(Hz)40~1000(Hz)啟動(dòng)電流0.003Ib0.00011Ib過(guò)載能力4倍5~10倍功率消耗大小外磁場(chǎng)影響較大小表2.1中的Ib表示電能表輸入的基本電流。從結(jié)構(gòu)上講，電子式電

8、能表一般由電測(cè)量機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)兩部分組成。根據(jù)電