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谐波对电能计量有什么影响?

时间:2016-09-06 09:58:20  来源:义哥说   作者:

 

随着电力电子技术在建筑、工业和数据中心以及各种用电设备上的广泛应用,各行业使用的整流设备、交直流换流设备、非线性负荷以及家用电器和照明设备等数量越来越多,容量也越来越大,由于这此因素产生的大量谐波电流注入电网,使电力系统电压、电流发生了严重的畸变,因而会造成测量仪器指示数值不正确。而在非正弦波状态下的电能计量也因此成为国内外计量研究的"热点"之一。
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在有谐波源的情况下,谐波源用户处的电能表记录了该用户吸收的基波电能并扣除一部分谐波电能,从而谐波源虽然污染了电网,却反而少交电费;而与此同时,在线性负荷用户处,电能表记录的是该用户吸收的基波电能及部分的谐波电能,这部分谐波电能不但使线性负荷性能变坏,而且还要多交电费。
谐波对电能计量的影响
现行电能计量仪器(表)按其实现原理不同,主要有以下两类:感应式电能表,电子式电能表。
感应电能表的计量
过去广泛使用的感应式电能表是针对非常狭窄频率范围(工频)的正弦波电流和电压波形而设计的。当被测信号频率与其额定频率不同时,会引起电流、电压磁通幅值以及它们间相位角的改变,使驱动力矩、抑制力矩、补偿力矩以及铁芯损耗的大小发生相对变化,从而引起电能计量误差的变化。
我国国家标准GB3924中对工频50Hz±5%的频率范围内变化的计数误差变化作了具体规定,保证了其在工频范围内的准确性;但从较大的频率范围看电度表的频率曲线不是平坦的,根据理论证明和实际测量所得出的典型电表的频响特性均为下降式,如下图所示:
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感应式电能表反映的电能值为:
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其中Cn为谐波电能系数。Cn≤1,且随谐波次数增加而减小。3次谐波约为0.7~0.95,5次谐波约为0.05~0.20。
电子式电能表的计量
热电乘法器构成的电子式电能表,理论频响特性很优良;而采用时分割乘法器构成的电子式电能表理论上频带宽窄受时分割频率的影响,有一定差异,但目前绝大部分在1KHz以内的测量是可行的。
在1KHz范围内,电子式电能表所计量电能可近似认为:
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我国国家标准GB3924中对工频50Hz±5%的频率范围内变化的计数误差变化作了具体规定,保证了其在工频范围内的准确性;但从较大的频率范围看电度表的频率曲线不是平坦的,根据理论证明和实际测量所得出的典型电表的频响特性均为下降式,如下图所示:
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感应式电能表反映的电能值为:
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其中Cn为谐波电能系数。Cn≤1,且随谐波次数增加而减小。3次谐波约为0.7~0.95,5次谐波约为0.05~0.20。
电子式电能表的计量
热电乘法器构成的电子式电能表,理论频响特性很优良;而采用时分割乘法器构成的电子式电能表理论上频带宽窄受时分割频率的影响,有一定差异,但目前绝大部分在1KHz以内的测量是可行的。
在1KHz范围内,电子式电能表所计量电能可近似认为:
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谐波潮流对计量的影响
当用户为线性用户时,谐波与基波潮流一致,电能表计量的电能大于基波电能。
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当用户为非线性用户时,用户自身向电网输送谐波分量,谐波潮流与基波潮流相反,电能表计量的电能小于用户所消耗的基波电能。
线性用户和非线性用户的计量误差受谐波潮流影响,电子式电能表与感应式电能表类似;两者差异在于:在谐波功率存在情况下,感应式电能表所计量的电能值比电子式更接近基波电能;电子式电能表计量值约等于基波与各谐波的电能之和,亦即在对线性用户和非线性用户的计量中,在基波电能基础上,分别更“准确”地增加或减去了谐波电能。
 

 

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