谐波条件下感应式和电子式电能表的计量影响及处理措施 |
| 2013-01-13 18:03 作者：陈 华 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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据《硅谷》杂志2012年第21期刊文称，谐波是影响电表计量的重要干扰，在实际供电中谐波是不能避免的，为此从谐波对电表的影响入手，探究谐波对感应式和电子式电表的负面影响，从而提出一种过滤式计量的模式，以此帮助准确计量。
0引言
随着电子设备的发展与应用，许多大量的电子与智能化设备进入到人们的生活中，这些电子设备在工作中都会产生一定的谐波，这是不可避免的情况。而谐波的积累与爆发对电网工作环境影响较大，使得从而降低了电能质量。这样的用电环境带来的负面影响十分明显，对电气设备本身与电子设备都会产生危害，在此电气设备的故障或者损失。同时大量的谐波对配电系统也会产生负面影响，因为谐波的出现对电能的计量产生了大量的误差，影响到电能计量的准确性。目前应用的电能表精度要求较高，如果在谐波环境中没有应对措施，其对电能的计量会产生巨大的影响，而电能计量关系到用户与供电企业的利益，所以保证谐波下的电能计量准确是十分重要的。下面就很对感应式与电子式电能表在谐波中的工况与预防措施进行分析。
1感应式电表在谐波中的工况分析
按照正常的电学功率计算的方式，电力系统中出现的谐波如果为同此谐波，其对电压与电流都会产生负面的影响，如果电压是标准电压器正弦特征明显，而在谐波的干扰下其就会产生与谐波相似的分量，这样就造成了对电流的干扰，而电能表是对电压与电流进行计量的工具，这在情况就会导致其对电能计量的误差，其根本原因就是谐波造成的电流的非线性改变。电压的正弦型电流在电流出现畸变的时候，因为电磁的非线性，电压磁通会出现非正弦的改变，这就给电磁通路中附加了谐波磁通也就增加的谐波电压。并与同次谐波电流的干扰下，产生一个附加的驱动力矩，这就影响了电表的计量。感应式电表只能在工频附近才能保证工作的效果，这就要求电压和电流的波动相对理想，及都在理想的正弦波条件。对谐波影响的研究中说明，在实际的电网供电中，电压与电流会不可避免的出现非线性的情况，这样就会造成波形的改变，而这个改变就会导致原有的频率发生波动，此时就会导致感应式电表的计量精度受到影响，数据显示，感应式计量方式在频率增加时会少计量电能，如果情况严重其测量的值只有实际耗电的10%左右。这是因为在电表中的转盘并不是纯电阻材料，其中含有杂质，这对频率升高影响较大，此时转盘的阻抗会随着频率而增加，使得电表的计量转速降低，所以频率增加就导致了磁路上的阻碍增加，进而电流线圈的磁通量降低，导致驱动电表的力矩变小，使得电表整体变慢，而导致了误差。在实际的工作中谐波还会导致铁心中的感应出现混乱的情况，铁心的磁通会减小；电压线圈也并非是纯电感，所以电压线圈滞后于电压的角度会小于90°，在基波的情况下，通过调制然后才能达到之后度90°的工况，而在谐波的影响下因为电流的固有频率会出现异常，线圈的阻抗也会随之上升，电压磁通的角度会出现不规则的改变，如果正常对其进行补偿则会出现人为的影响磁通的情况，一旦磁通力矩变化就会导计量误差。
安装特征曲线的分析方式，还不能全面的说明频率造成的误差的具体数据，因为在电网中谐波的频次是多样的，其对电流的作用也是十分复杂的，因为时间或者空间的改变其会形成不同的工况。试验中在叠加多次谐波的情况下，电表会出现较为复杂的计量误差。但是从研究中归纳了两种普遍形式，一种是电流与谐波的方向是一致的，即顺潮流的谐波；一直是逆向的谐波作用，即逆潮流的谐波利用这样的思路研究获得以下结论：顺潮流谐波造成的结果是电流的叠加效果，电表计量将大于标准值；而逆潮流的谐波会导致电能计量小于标准值，在这样的结论支持下，如果对此谐波同时影响电能表的时候，存在谐波功率干扰，电表所反映出现的电能值，可以利用公式表达：W=K1W1+KhWh，公式中的W1和Wh都是基波和h次谐波电能成比例的系数，因为下降的频率特征可将Kh<1，所以对于感应电表而言，K1可以用在理想的状态下近似为1，所以可以将公式简化为W=W1+KhWh，这样就可确定感应式电表的计量原理决定其不能只计量基波电能也会计量谐波所产生的能量，在某种程度上看是一种全电能的计量模式。所以在谐波干扰中不能区别常规用户和非线性用户。对于常态化用户而言，基波与谐波的方向是一致的情况下，感应式电表的计量会将谐波和基波同时计入到电量内，所以线性用户就会多交电费。而产生谐波的源头在谐波发出的时候，对电网造成了一定的干扰，同时其谐波与基波相反，这就会导致感应式电表少计量电能，这样就会导致电网计量的不公正。
2电子式电能表在谐波下的工况分析
电子式的电表是在数字是电子功率电表的技术上延伸而来，在计量原理上看，其利用乘法器进行电能的计算，在标准电量定价的基础上利用乘法器在极短的时间内对电流量进行计算，这样就可以获得相应的电量，然而在谐波的干扰其对电信号的采集就会出现误差，同时电流与电压的瞬时改变电气元件的工作情况，如果电子元件出现性能改变就必然会影响到电子式电表的计量，这样在传感器采集信号的过程中会导致其精度的改变，从而影响乘法器的计算。此时如果谐波的出现被感应器记录，而互感器对谐波的转换比例也是不统一的，这就导致检测信号畸变。要在这个工况下进行测量显然是会出现较大误差的。在波形畸变时，互感器的波形变换误差会随着谐波次数的增加而增加，偶此谐波的波形改变要大于奇次谐波。电子式电能表在试验中所体现的频率误差特性也说明了这一点，电子电表频率曲线相对平坦，可以说明其没有衰减，这说明电子电表的相应所能适应的频率波动时较宽的，当电网中出现电压或者电流的突变的时候，二者不会轻易同时畸变此时谐波引发的误差会变小。如果电网中的电流与电压都出现畸变而电子式电表的工作频率足够宽也是可以降低计量误差的，如果配置合理仍可在干扰中准确计量。在具体的计量中电子式电表对谐波与基波的干扰的响应时相同的，就会将里二者统一起来进行计量。形式上看电子式电表计量基波电量与谐波有功电量是相同的，在公式上看是对电流与电压的瞬时值进行区别计算，没有将基波和谐波进行区别，其所计量的基波电能与谐波电能之和才是其计量值，及电子式电表是全电脑计量的模式，其计量的公式为：W=W1+∑Wh。
可见，电子式的电能表是将总的畸变波形作为计量的基础，没有将基波与谐波进行划分，对线性用户而言其计量的电能是各种电流的总和，谐波产生的功率在计算中被多计量，这样的情况对非谐波源头的用户是不利的，他们被多计量了电量。而对谐波源而言，其产生的干扰进入电网，同时也干扰了电子式电表的正确计量，他们的电量是基波电能去掉谐波的电能，这个计量方式显然对计量工作影响较大。
3控制谐波干扰的措施
综合上述的分析，在针对谐波控制上可以采用以下措施进行防范，其思路就是在计量前对电压和电流进行全处理，即利用滤波的思路对经过A/D转换的数据信号进行预处理，就是对谐波的畸变进行校正，使之在被计入到乘法器之前的信号进行整理，并计算总体功率电量；然后利用数字化的方式对电压和电流的畸变进行提出与抑制，使之形成一个只有畸变性质的信号，最后利用乘法器进行计算，从而形成一个谐波的总体功率。功率的总和和谐波功率的总相对时间进行积分，就可得到电能和谐波的电能。当基波功率与谐波功率的方向是一致的，就相当将整个载荷看作是线性的，而基波电能对计量有计量价值，计量时仅仅计量谐波与基波的差就可准确计量。如果基波与谐波方向不一致的时候，计量的结果是针对谐波进行的，基波与谐波的绝对值的和将成为计量依据。利用上面的思路对电表的计量进行改进，就可避免线性用户被多计量电能的情况，也可对非线性用户而言也可避免少计量电能的情况，从而保证各方的利益。
4结束语
在科技发展的推动下，非线性用户的数量不断增加，电网中的谐波也随之增加，这就给电量的计量带来了较大的影响。在控制其负面影响的时候应先对谐波对电能表的影响进行分析，通过对感应式和电子式电表的功率特性分析，即可获得谐波干扰的结果，从而找到从根本上控制计量误差的方式。这样才能在电能计量中保证线性与非线性用户的利益不受侵害。
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