電能計(jì)量中諧波的影晌及其治理分析

時(shí)間：2020-09-07作者：江蘇安科瑞電器制造有限公司瀏覽：148

1 諧波對(duì)互感器的影響

根據(jù)理論分析與實(shí)驗(yàn)證明，互感器的頻響特性和互感器的準(zhǔn)確等級(jí)有關(guān)。電流互感器 (TA)在lkHz的范圍內(nèi)幅頻特性是平坦的，當(dāng)頻率**20kHz時(shí)，TA的幅度誤差小于3%。但對(duì)電壓互感器 (Tv)測(cè)試表明，當(dāng)互感器的負(fù)載電阻為100時(shí)，各類電壓互感器幅值誤差達(dá)到3%的頻率為1~6kHz。而且對(duì)奇次諧波而言。TV變比誤差隨諧波次數(shù)增加而非線性地變大，TV的負(fù)載對(duì)其頻響特性的影響無(wú)明顯規(guī)律：對(duì)偶次諧波而言，TV變比誤差的非線性增加比奇次諧波時(shí)較快 。

2諧波對(duì)感應(yīng)式電能表的影響

感應(yīng)式電能表是針對(duì)非常狹窄頻率范圍的正弦電流和電壓波形而設(shè)計(jì)的。當(dāng)頻率與額定頻率不同時(shí),會(huì)引起電流、電壓工作磁通幅值及它們之間相位角的改變，使驅(qū)動(dòng)力矩、治理力矩、補(bǔ)償力矩及鐵芯損耗發(fā)生相對(duì)變化，從而引起感應(yīng)式電能表計(jì)數(shù)誤差的變化。感應(yīng)式電能表頻響曲線的平坦與否，對(duì)它在諧波功率下的計(jì)數(shù)影響甚大。頻響特性曲線下降的原因是感應(yīng)式電能表轉(zhuǎn)盤渦流路徑的 等效轉(zhuǎn)盤阻抗及其阻抗角隨頻率增高而變大所致。當(dāng)電壓和電流均發(fā)生畸變時(shí)產(chǎn)生了諧波功率，感應(yīng)式電能表基本上忽略了5次以上的高次諧波功率。感應(yīng)式電能表少計(jì)量3次諧波功率5%~30%、5次諧波功率80%~95%。值得注意的是，諧波功率的潮流對(duì)感應(yīng)式電能表的計(jì)量有很大影響。感應(yīng)式電能表計(jì)量的電能值為：

式中：E1、Eh的符號(hào)可正可負(fù),由實(shí)際潮流方向確定，C1、Ch為相應(yīng)的基波、諧波的系數(shù)。C1=1、Ch,≤1,且隨諧波次數(shù)的增加而減小。由式(1)可見，對(duì)于線性用戶，基波和諧波潮流一致，感應(yīng)式電能表少計(jì)量了用戶消耗的電能，但計(jì)量的電能仍大于基波電能;對(duì)于非線性用戶，用戶自身向電網(wǎng)輸送諧波分量，諧波潮流與基波潮流相反，感應(yīng)式電能表計(jì)量的值大于用戶消耗的電能而小于用戶所消耗的基波電能。

3諧波對(duì)全電子式電能表的影響

目前所釆用的全電子式電能表，其計(jì)量原理都是對(duì)電壓、電流瞬時(shí)值進(jìn)行采集積分。因此，當(dāng)諧波存在時(shí)，只要測(cè)得的讀數(shù)在誤差允許范圍內(nèi)，可認(rèn)為是基波和諧波有功電能的代數(shù)和。全電子式電能表的頻響特性曲線相對(duì)平坦，可近似認(rèn)為無(wú)衰減，其對(duì)諧波功率的響應(yīng)和對(duì)基波功率的響應(yīng)基本相同。分析表明，全電子式電能表把基波功率和諧波功率一同計(jì)量,在諧波存在情況下其計(jì)量誤差比感應(yīng)式電能表的誤差要大。

4諧波的綜合治理

4.1 濾波器治理方法

諧波預(yù)防措施主要有2個(gè)：一個(gè)是選用諧波電流小的設(shè)備;另一個(gè)是對(duì)諧波電流進(jìn)行治理。如果沒(méi)有滿足相應(yīng)諧波限制標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，就要附加諧波治理設(shè)備。簡(jiǎn)單的方法就是在諧波源負(fù)載處安裝諧波濾波器，下面介紹濾波器的選擇方法。

(1) 設(shè)備級(jí)濾波器的選擇：建議選擇無(wú)源濾波器，因?yàn)闊o(wú)源濾波器的成本低，可靠性高(要求**諧波源設(shè)備)。設(shè)計(jì)良好的無(wú)源濾波器能夠保證THD<8%,并且在80%負(fù)荷條件下不會(huì)發(fā)出容性無(wú)功。如果諧波源的負(fù)荷工況大部分場(chǎng)合**50%,無(wú)源濾波器會(huì)產(chǎn)生容性無(wú)功， 這時(shí)可以考慮有源濾波器。采用有源濾波器時(shí)，要選擇電磁兼容特性良好的，因?yàn)橛性礊V波器的工作原理類似于變頻器，輸出以PWM電壓波形為主的能量，如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)良好的電磁兼容設(shè)計(jì)，會(huì)向電網(wǎng)注入較強(qiáng)的射頻干擾，形成新的干擾。

(2) 分配電柜(盤)級(jí)濾波器的選擇：建議選擇有源濾波器，因?yàn)槟妇€級(jí)的無(wú)源濾波器會(huì)產(chǎn)生較大的容性無(wú)功，而整流電路并不需要補(bǔ)償容性無(wú)功功率。

(3) 主配電柜(變壓器下端)濾波器的選擇：根據(jù)實(shí)際情況決定用有源濾波器還是無(wú)源濾波器。如果系統(tǒng)需要補(bǔ)償無(wú)功功率，可以采用無(wú)源濾波器，一舉兩得。如果系統(tǒng)不需要補(bǔ)償無(wú)功功率，選擇有源濾波器。當(dāng)然，也可以將兩者結(jié)合起來(lái)，獲得高的性價(jià)比，具體方法需要根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)行論證。

諧波綜合治理的目的是以低成本獲得高的效益。這里，高的效益是從企業(yè)和電力公司2個(gè)角度來(lái)衡量的。過(guò)去，企業(yè)從事諧波治理是被動(dòng)的，也就是說(shuō)，是單純?yōu)榱藵M足供電企業(yè)的要求而采取諧波治理，但這樣做實(shí)際上是為了保證大多數(shù)企業(yè)的用電利益?；谏厦娴睦砟睿C波治理應(yīng)盡量在下游進(jìn)行,這樣企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)獲得效益高，而當(dāng)內(nèi)部電網(wǎng)改善后，供電企業(yè)所關(guān)注的公共電網(wǎng)的質(zhì)量自然就得到了保證。

4.2 綜合治理方法

在諧波源上進(jìn)行諧波治理的優(yōu)點(diǎn)是顯然的。由于消除了諧波源，原來(lái)的配電系統(tǒng)就像工作在傳統(tǒng)的線性負(fù)載條件下，沒(méi)有任何隱患，制造系統(tǒng)幾乎沒(méi)有由于電壓畸變導(dǎo)致的電磁兼容性風(fēng)險(xiǎn)。作為設(shè)計(jì)人員，無(wú)論進(jìn)行配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還是進(jìn)行制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，都可以按照傳統(tǒng)的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，而不用考慮諧波帶來(lái)的種種風(fēng)險(xiǎn)。雖然在非線性負(fù)載的電源入線端治理諧波是好的方案，但是這種方案可能成本較高，根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)情況，可以釆用靈活的方案，也就是綜合治理。

(1)對(duì)于功率較大(例如22kW以上)的諧波源(變頻 器、UPS及中頻爐等)，在這些設(shè)備的電源入口處治理。

(2)在分配電柜，根據(jù)諧波電流的大小，決定是否需要采取治理，如果諧波電流畸變率**過(guò)20%,建議進(jìn)行治理，使其達(dá)到10%以下。

(3)在總配電柜(變壓器的下端)，根據(jù)諧波電流的情況，決定是否需要進(jìn)行治理。浦常，以供電企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，如果諧波電流**過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求就進(jìn)行治理，否則不用治理。

5 安科瑞諧波治理產(chǎn)品選型

5.1立柜式







備注：具體尺寸按報(bào)價(jià)方案為準(zhǔn)。

5.2模塊化







6結(jié)束語(yǔ)

電能計(jì)量受諧波影響，給供用電雙方帶來(lái)了巨大的影響和損失。由于諧波造成了供電企業(yè)線損和電力營(yíng)運(yùn)企業(yè)非經(jīng)營(yíng)性成本的增加，所以加強(qiáng)諧波治理刻不容緩,供電企業(yè)和電力客戶都應(yīng)積極想方設(shè)法改善電網(wǎng)諧波狀況。


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