解析电力谐波对电能计量影响
(2)电力设备。一方面,电力谐波的存在,会导致电压和电流的变化,影响设备的使用安全,也可能导致设备过热,引起设备的绝缘老化,缩短设备的使用寿命;另一方面,由于谐波次数高频率上升,会导致线路的交流电阻增大,使得电缆的允许通过电流减小,影响电力的传输。
2 电力谐波对于电能计量的影响
当前我国的电力系统中,使用的电能计量设备一般都是感应式电能表和电子式电能表,部分地区使用了精准度更高、更加方便的智能电表,但是并没有得到普及,因此本文只对前两种电能表进行分析。
2.1 感应式电能表
感应式电能表的基本工作原理在于:当电流通过表中的电流和电压元件时,会与铝盘发生电磁感应,产生电磁力,进而推动铝盘转动,对电能进行计量。
而谐波电流的存在,会导致线路中的电流频率发生变化,从而对电能表产生影响,产生计量误差。误差产生的原因包括:
(1)谐波频率的影响。首先,电能表的转盘并非纯电阻,在其中含有感抗分量,在频率上升时,转盘的等效抗阻以及阻抗角会随之不断增大,从而使得电能表的转速变慢,测量结果低于实际耗电量;其次,电流线圈的磁通量会随着频率的增加而逐渐减小,从而导致驱动力矩减小,电能表的误差向负方向变化;然后负荷的补偿力矩与频率成反比,当频率升高时,补偿力矩减小,使电能表产生负误差,并且这种影响的大小随着负载大小的不同而不同,负载电流愈小,影响愈大。
(2)谐波功率的影响
①线性用户:基波由系统注入用户,与谐波的方向一致,因此电能表计量的是用户的实际用电量加上部分谐波电能,使得计量数值增大,不仅需要缴纳更多的电费,还会受到谐波的危害。
②非线性用户:基波与谐波的方向相反,用户向电网输送谐波分量,电能表计量的电能实际上是实际用电量减去部分谐波电能,计量数值减小,在污染电网环境的同时,却缴纳更少的电费。
2.2 电子式电能表
电子式电能表的基本工作原理是:通过对用户供电电压和电流的实时采样,采用专用的电能表集成电路,对采样电压和电流信号进行处理,转换成与电能成正比的脉冲输出,通过计度器或数字显示器显示出来。其优点在于具有良好的防窃电能力和较高的计量精度,负荷特性强,自身的功耗低,计量参数灵活性强,功能全面,属于目前我国应用最为广泛的电能计量设备。但是,由于电子式电能表的频带相对较宽,在计量时,会将基波功率与谐波功率同等对待,使得计量的误差增大,不过与感应式电能表相比,误差要小得多,在20倍频谐波的影响下,计量误差不会超过4%。与感应式电能表一样,在谐波的影响下,电子式电能表对于不同的用户也会出现不同的误差。对于线性用户,电子式电能表计量的数值实际上是基波与谐波之和,数值较实际偏大;对于非线性用户,电子式电能表计量的数值实际上是基波与谐波之差,数值较实际偏小。
2 电力谐波对于电能计量的影响
当前我国的电力系统中,使用的电能计量设备一般都是感应式电能表和电子式电能表,部分地区使用了精准度更高、更加方便的智能电表,但是并没有得到普及,因此本文只对前两种电能表进行分析。
2.1 感应式电能表
感应式电能表的基本工作原理在于:当电流通过表中的电流和电压元件时,会与铝盘发生电磁感应,产生电磁力,进而推动铝盘转动,对电能进行计量。
而谐波电流的存在,会导致线路中的电流频率发生变化,从而对电能表产生影响,产生计量误差。误差产生的原因包括:
(1)谐波频率的影响。首先,电能表的转盘并非纯电阻,在其中含有感抗分量,在频率上升时,转盘的等效抗阻以及阻抗角会随之不断增大,从而使得电能表的转速变慢,测量结果低于实际耗电量;其次,电流线圈的磁通量会随着频率的增加而逐渐减小,从而导致驱动力矩减小,电能表的误差向负方向变化;然后负荷的补偿力矩与频率成反比,当频率升高时,补偿力矩减小,使电能表产生负误差,并且这种影响的大小随着负载大小的不同而不同,负载电流愈小,影响愈大。
(2)谐波功率的影响
①线性用户:基波由系统注入用户,与谐波的方向一致,因此电能表计量的是用户的实际用电量加上部分谐波电能,使得计量数值增大,不仅需要缴纳更多的电费,还会受到谐波的危害。
②非线性用户:基波与谐波的方向相反,用户向电网输送谐波分量,电能表计量的电能实际上是实际用电量减去部分谐波电能,计量数值减小,在污染电网环境的同时,却缴纳更少的电费。
2.2 电子式电能表
电子式电能表的基本工作原理是:通过对用户供电电压和电流的实时采样,采用专用的电能表集成电路,对采样电压和电流信号进行处理,转换成与电能成正比的脉冲输出,通过计度器或数字显示器显示出来。其优点在于具有良好的防窃电能力和较高的计量精度,负荷特性强,自身的功耗低,计量参数灵活性强,功能全面,属于目前我国应用最为广泛的电能计量设备。但是,由于电子式电能表的频带相对较宽,在计量时,会将基波功率与谐波功率同等对待,使得计量的误差增大,不过与感应式电能表相比,误差要小得多,在20倍频谐波的影响下,计量误差不会超过4%。与感应式电能表一样,在谐波的影响下,电子式电能表对于不同的用户也会出现不同的误差。对于线性用户,电子式电能表计量的数值实际上是基波与谐波之和,数值较实际偏大;对于非线性用户,电子式电能表计量的数值实际上是基波与谐波之差,数值较实际偏小。
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