對負載與諧波及電能計量問題的分析

黃長浩

摘要：諧波是指對周期性非正弦交流量進行傅里葉級數分解所得到的大于基波頻率整數倍的各次分量，通常稱為高次諧波，高次諧波目前是電力系統運行中影響電能質量最大的公害，諧波信號的干擾會大大降低電力系統中的電能質量，電能質量不過關。將會直接影響到電磁流信號的傳輸，降低電力傳輸的效率。在電力系統的實際運行中，會定期對電能進行一定的計量與分析，而負載與諧波會影響到電能的計量與計算過程，對電力系統最終的計算分析結果產生影響。因此，在電能計量過程中，會采取一定的措施或者安裝一定的器械，降低負載與諧波對于電能計量的影響。電力系統的運行關系到人們正常生活的進行，在電力輸送的過程中會存在各種各樣的影響因素來干擾電磁流信號的傳輸，而且嚴重時還會破壞電力系統的運行，危及人們的生命安全。因此，諧波與負載對于電能計量的影響必須得到重視，也必須有所作為。本文將針對這兩方面的影響展開討論，僅供參考。

關鍵詞：諧波;電能計量;感應式電能表

一、諧波對感應式電能表的影響

1.1感應式電能表的結構及工作中原理

電能表是用來測量電能的儀表，又稱電度表，火表，千瓦小時表，指測量各種電學量的儀表。感應式電能表是一種高功能電能儀表，其主要組成部分有驅動元件、電壓線圈、電流線圈等。感應式電能表利用固定的交變磁場和該磁場在可動部分的導體產生的感應電流之間的相互作用，產生與驅動力炬，使轉盤以正比于負載功率轉速轉動的儀表。感應式電能表在電能的計量工作屬于常見的一種儀表，它的優點是操作簡單、對于計量結果有較高的準確性，而且在使用過后期的維護和調整工作也非常簡單，易于操作，但也有一定的缺點，感應式電能表的體積太大，非常占地方，而且在性能上沒有可上升的空間，只能保持現有的計量技術水平。

1.2感應式電能表的頻率特性

感應式電能表的頻率特性是指電流波形畸變對于電能計量的影響。研究電能表的頻率特性就是研究波形變動對于計量結果的影響，電能表在接入電路之后，當頻率發生變化時，主要有以下幾種情況，首先是電能表的運行是靠轉盤來實現的，當轉盤的轉速受到影響或者改變時，那么勢必會對電能表的頻率也產生影響，當頻率增大時，轉盤旋轉的速度也會增大。其次是電流線圈的磁通量也會發生變化，當電能表轉盤的轉速發生變化時，對于電流線圈的磁通量也會產生一定的影響，轉速慢，磁通量小，那么電能表轉的也就越慢，會產生誤差。然后是電流磁通量的大小會對電能計量結果產生負面影響，電流磁通量小，轉速慢，電能表轉的也就越慢，在這種情況下，電能表的測量結果就會顯示負數。最后是負載的補償力矩與頻率成反比，負載的補償力矩越大，而頻率越低，相反，負載的補償力矩越小，而頻率越快。在實際測量工作中，電能表的頻率特性可以通過計量與分析得出一定的結果，形成特定的頻率曲線圖。

1.3諧波功率的產生與計算

諧波雖然會對電能的計量產生一定的影響，但是諧波也會產生一定的功率，正是因為有了這些功率，才會對電力系統運行產生的功率有一定的抑制作用。那么，諧波產生的功率如何計算呢？對于諧波產生的功率計算過程其實是與一般電功率的計算過程相似的，得知電阻數、負載數、電流數，通過公式的計算就可以得出諧波產生的功率。當然，諧波功率的計算結果是分兩種的，即基波功率與諧波功率，兩者得出的結果是不盡相同的。

二、諧波對電子式電能表的影響

2.1電子式電能表的結構及工作原理

電子式電能表是針對近幾年來出現的各種電子工具而進行計算與分析的，現在有很多電子設備，他們產生的諧波功率不能使用一般的電能表計量出來，就需要使用電子式電能表來進行計量與分析。電子式電能表是利用電子電路/芯片來測量電能的工具，電子式電能表是近幾年才出現的一種新型的測量儀表，應用了模數轉換技術和脈沖數字技術，由于其結構簡單、容易操作、計量準確度高等優點，一經研發就占據了市場上一定數量的份額。在計算的過程中，與普通的電能表計量過程一樣，需要計算出電流、電壓與電阻，并通過轉換，將電壓信號轉換為數字信號，實現數字化的功率測量。

2.2電子式電能表頻率特性及誤差分析

感應式電能表隨著諧波產生的變化頻率，其頻率曲線也會發生相應的變化，而電子式電能表的頻率特性卻不會隨著諧波產生的變化而做出相應的改變，相反，其頻率曲線反而很平穩，不會出現較大的頻率波動。電子式電能表對于電流輸送過程中產生的基波與諧波都按照同一種方法進行計量計算，應用到公式中以后，所產生的結果都是一致的，因此，同樣的諧波發生頻率，感應式電能表的頻率曲線波動較大，而電子式電能表幾乎沒有什么變化。這也是為什么電子式電能表的頻率曲線很平穩的原因。

三、降低電能計量表負載的策略探究

電力系統中諧波的產生與非線性負載是共同產生的，諧波之所以會產生，大多情況下是由于電力系統超過正常負載能力而產生的，對于非線性用戶來說，諧波與負載的存在都會對電力系統的運行產生一定的負面影響，影響了電能表計量結果的準確性。為了電能表計量結果的準確性，可以采用以下幾種方案。第一，電能表可以只計算基波功率，不反應諧波功率。那么，最終的結果將會是一條直線，準確無誤。第二，可以采用高階低通率波器來降低電力系統運行過程中諧波的進入與產生，去除掉進入電力系統內部的諧波信號，使得測量結果只顯示基波的功率。對于用戶與電力系統來說，雖然系統總控制中心會多多少少受到諧波產生的影響，但是在電力付費時能夠避免諧波產生的功率費用。第三，將寬頻諧波功率電能表與基波功率電能表一起使用，這樣不僅可以測量出諧波功率值，還可以測量出基波功率值，然后各種分析各種的數據結果。此外，對于非線性用戶產生的負面影響，電力系統可以補償額外的費用，彌補非線性用戶產生的損失。

小結

電能表是一種計算電力系統運行過程中產生能量大小的一種測量儀器，但是最終的結果卻不是真實有效的，在電力系統運行過程中，非線性用戶產生的負載與諧波也會在電能計量結果中顯示，在一定程度上對非線性用戶的用電情況造成了損失。因此，在電力系統運行過程中，會采取一定的有效手段來減少負載與諧波對于電能表計量結果的影響。本文提出了多種方案可以有效改善諧波對于電能表計量結果的影響。最大程度的保證非線性用戶的消費權益。

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