電能計量是電網(wǎng)經(jīng)濟核算的依據(jù),其精度關系到電力供需雙方的經(jīng)濟效益。而電力諧波的存在,使得電能計量失準,這給供用電雙方都帶來影響。隨著電力電子技術的發(fā)展,電網(wǎng)中的諧波污染越來越嚴重,電能表是否準確、真實地反映非線性用戶的用電量還是一個正在探討的問題。因此利用電能質(zhì)量分析儀分析研究諧波對電能計量的影響具有重要意義。

一、諧波對電磁式電能表的影響

傳統(tǒng)的電磁式電能表是利用處在交變磁場金屬中的感應電流與有關磁場形成力的原理制成,由于這類電能表是按照工頻正弦波設計制造的,只能保證在工頻范圍很窄的頻帶內(nèi)具有最佳的工作性能。當電力系統(tǒng)中的波形發(fā)生畸變,感應式電能表不可避免地會產(chǎn)生計量誤差。

電磁式電能表的電能計量誤差頻率特性曲線呈迅速下降趨勢;計量誤差隨頻率的增高而增大;諧波頻率為20倍頻(1000Hz)左右時,誤差超過了-90%;不同功率因數(shù)下的誤差值有一定的差異。從計量原理上對電磁式電能表進行分析,得出電磁式電能表在諧波條件下計量的電能一般不能正確反映用戶實際使用的電能。

當用戶為線性用戶時,諧波與基波潮流方向一致,電能表計量的是基波電能和部分諧波電能,計量值大于基波電能。線性用戶不但受到諧波損害,而且還要多交電費。

當用戶為非線性用戶(即諧波源)時,用戶除自身消耗部分諧波外,還向電網(wǎng)輸送諧波分量,向電網(wǎng)輸送的這部分諧波潮流與基波潮流方向相反,電能表計量的電能是基波電能和扣除這部分諧波電能,計量值小于基波電能值。非線性用戶雖然污染了電網(wǎng),反倒少交了電費。所以隨著電網(wǎng)諧波的增多,人們對電能質(zhì)量的要求越來越高,電磁式電能表逐步會被淘汰。

二、諧波對電子式電能表的影響

目前,電子式電能表在城市電網(wǎng)中已經(jīng)得到普遍使用,我國的電子式電能表主要采用模擬式分割乘法器實現(xiàn)測量電功率和電能。隨著電力系統(tǒng)諧波含量的不斷增加,電子式電能表在諧波下的計量不可避免地出現(xiàn)誤差。電子式電能表具有更寬的頻率響應。

電子式電能表的計量誤差也是隨著諧波頻次的升高而增加,但電子式電能表計量誤差比電磁式電能表計量誤差小得多,20倍頻諧波的頻率特性誤差值不超過4%。通過對電子式電能表進行誤差分析得出:電子式電能表由于頻帶較寬,對基波電能和諧波電能都能較準確計量,但值得注意的是它把諧波功率和基波功率同等對待,這樣計量誤差會增大。

三、諧波對數(shù)字式電能表的影響

數(shù)字式電能表是在電子式電能表的基礎上提出的,它是使用數(shù)字乘法器,采用A/D轉(zhuǎn)換器將電壓和電流進行數(shù)字化相乘,可以達到很高的測量準確度。數(shù)字式電能表通常在一定周期內(nèi)對電壓、電流信號進行采樣處理,當系統(tǒng)頻率波動時,采樣周期很難達到與實際的信號頻率同步,就會出現(xiàn)頻譜泄漏和柵欄效應,使電能計算出現(xiàn)誤差。