谐波背景下电能计量系统的计量误差分析

谐波背景下电能计量系统的计量误差分析

王楠 王怡瑾

国网黑龙江省电力有限公司大庆供电公司 163458

摘要：经济发展带动了国家电能需求的扩大，相应电能计量系统逐步得到了升级。电能计量数据与供电方、用电方以及发电方的利益具有紧密的联系。在电力体系相关技术不断发展的新时期，电能负荷量、电能容量逐步攀升，引发了电网谐波现象，谐波对电力系统造成了不利影响，可能降低系统的平稳性。本文主要分析了基于谐波背景下的电能计量系统的计量误差，供有关人员参考借鉴。

关键词：谐波背景；电能计量系统；计量误差

1 引言

作为电力企业收取电费的主要依据，电表计量的准确性往往对电力企业的经济效益产生较大的影响。基于此，我国的电力企业在运行的过程中加强了对于电能计量工作的把握。目前，我国的电力系统在运行的过程中普遍存在着由非线性负荷引发的谐波问题，促使电能表计量作业效率的低下，降低了计量作业的合理性、准确性。本文基于此，分析探讨在谐波的背景下，电能计量系统出现计量误差的原因，并就解决措施进行论述。

2 产生谐波的原因

随着我国城市化、工业化水平的不断提升，社会生产、生活对于电力资源的使用量日渐增多。在这样的背景之下，我国的电能容量、负荷都出现了不断提升的趋势，最终导致了电网系统中出现了一定量的谐波状况，不利于电力系统运行稳定性、安全性的提升。关于产生谐波的主要原因，笔者进行了相关总结，具体内容如下。

2.1 发电原因

基于现阶段我国电力技术的限制，促使电站发电机中的三相绕组无法实现对称，进而导致设备的运行状况无法达到理想的状态。这一状况的出现就导致电流无法均匀的绕过铁芯，故而导致发电机电源质量下降，并在此过程中产生了一定量的谐波。

2.2 输、配电系统原因

目前，我国的电力系统在运行时，输电变压器的铁芯部位往往会因为极度饱和，而诱发谐波的出现。事实上，变压器在运行时往往会产生一定的磁化曲线，对其运行状况产生影响，并引发尖项波形的出现，最终导致了奇次谐波的出现。基于此可以得知，变压器铁芯的饱和度，往往会对磁化曲线线性状况产生一定的影响，并由此促使较大的电流谐波的出现，阻碍了各项效益的取得。

2.3 电力使用原因

目前，我国的居民所使用的电力设备主要由晶闸管等零部件构成。这种状况的出现就导致各类设备在运行时出现各类谐波，并对电网的正常运行带来负面影响。一般而言，在单相电流的电路装置与感性负载连接时，往往会促使系统中出现奇次谐波，阻碍了相关效益的取得。

3谐波下电能计量系统存在的误差

3.1 CVT 谐波存在的误差

相角误差的仿真结果与幅值误差的仿真结果存在着一定的差异。CVT 基波电压测量工作的准确度较高，但用谐波电压开展测量工作所得到的幅度值的误差应当在96%上下。在谐波的情况下，CVT 会表现出较大数值的相位偏差。综上可得，CVT 在谐波条件下进行测量是不明智的，也就是CVT 不适合于谐波条件下开展相关测量工作。在仿真分析TA 谐波的误差后得到次谐波的基本状况。数据显示，谐波的负载率低至98%，而谐波的功率因素为1。在TA 仿真的过程中应当合理地设置电流源，经验表明，电流源的相位最好保持在0 度左右，电流数值一般为1kV。由上可知，在存在谐波的条件下，电能计量表系统的计量准确度较高，究其原因是TA计量拥有极高的精度，得出结论：TA 较适合在谐波环境中进行测量。需要特别指出的是，计量误差在电能方面的计量系统中是非常常见的，110kV 的系统多应用了高压电能的计量系统，而不同环境中的电能计量误差是存在着一定的差异，需要引起业界人士的关注。

3.2 CVT 谐波测量的误差

在谐波环境中，CVT 谐波测量产生的误差能够补偿中间变压设备、电抗设备以及阻尼设备，应当对CVT 谐波测量的误差进行研究，主要分析其具有的一些性质。目前，国内变电站母线以及升压站都通过了CVT，但是有学者指出，CVT 并不适合用于谐波测量工作，或者说谐波无法被用来测量谐波。相关国际电工标准规定，在用CVT 开展对绕组的测量工作时，需保证绕组既定频率处于98~101%之间。在测电压频率上下波动且存在谐波的状况下，补偿电抗设备电感以及电容分压设备的等值电容共同构成了CVT，在此背景下，LC 串联谐振的回路会发生相应的偏离，进而导致测量工作存在较大的误差。综上所述，谐波协同CVT 难以真实有效地反应真实的电能状况。在谐波测量工作中，测量人员为了获得二次测信号而选择使用CVT 装置，这就为计量误差的产生提供了条件。

4 谐波对电能计量的误差影响

4.1 全电子电能表

当使用电能表计算电能数值时，中央处理器将分别计算不同频率下的正弦电流电压的数值，继而开展采样计量工作，采样计量的数据来源于正弦规律电流电压的部分计量数据，该计算方式通过记录负载基波与谐波平均功率耗费的电量。如果谐波电流对基波产生影响，则负载电流与基波呈现的方向将相反，全电子电能表能够在谐波经过负载电流流向电网的过程中将基波的有功电能与谐波的有功电能进行记录，不过基波电能在负载时消耗的电能要大于记录下的用电电能，其是全电子电能表的严重缺陷，这种缺陷是致命的。

4.2 对电子电能表的影响

目前，我国的电力用户最常使用的电表为全电子电能计量表，该设备在运行的过程中，主要借助其内部的处理器对不同频率的正弦电流电压所产生的数值进行高质量的计算、分离工作。不仅如此，其还能够对一部分数据资料进行采样计量工作。基于此，该类型的电表在运行的过程中能够对谐波、负载基波出现时，电力系统所消耗的平均电流电量进行科学、准确的记录。一般而言，当基波受到谐波电流影响时，其运行方向往往与负载电流相悖。而当谐波负载电流通过电网时，全电力电能计量表则能够对谐波的谐波、基波所产生的消耗进行记录。通过对于相关数据进行分析可以得知：所记录的数值往往低于基波电能负载所消耗的电能，而这也是该类型的电能计量表在运行过程中所存在的缺陷。这一缺陷的存在往往导致电能计量表的读数不够精确，故而会对供电企业的经济效益产生较强的影响，并导致供电方与电力消费者之间的交易存在了不公平的现象，不利于电力企业的客户持续发展。事实上，在谐波的背景之下，我国的电能计量系统在电力计量工作的过程中往往会出现不同程度的误差，而频率、温度等因素的出现也会导致电能的计量方法出现误差，进而导致作业效率、质量的降低，损害了供电方与电力消费者的利益，不利于我国电力运输稳定性、安全性的提升。

结语：随着我国社会经济的繁荣以及城市规模的扩大，我国的的社会生产、生活的电力消耗逐步增大，进而导致电网负荷量、容量的扩大，诱发了谐波问题的出现，促使计量误差的出现。本文基于此，分析探讨产生谐波的原因，并就谐波对电能计量系统的误差影响（对电磁感应电表的影响、对电子电能表的影响）进行了论述。笔者认为，电能计量表在谐波背景下出现误差的问题是不可规避的，但是为了促进电力事业的可持续发展，实现电力企业服务质量、效率的提升，电力企业需要加强对于各类措施的科学采取，并在最大程度上降低计量误差，实行我国电力事业的可持续发展，并由此满足社会生产、生活的电力需求，实现更高的经济利润以及社会效益的取得。

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