谐波对电能计量影响

谐波对电能计量的影响随着非线性用电负荷的日益增多,供电系统中谐波电压和电流成分不断增加。谐波不仅对供电系统造成污染,对电力设备构成危害,而且产生谐波的非线性用户将其吸收的一部分基波电能转化为谐波电能,造成供电企业线损增加,电力营运企业非经营性成本增加。为此有必要研究在谐波影响下的电能计量方式,以确保电能计量准确,保障电力营运企业的经营效益。概述电网常见的谐波源铁磁饱和型主要是各种铁心设备,如变压器、电抗器等。其铁心饱和特性呈非线性。电子开关型主要是各种交直流换流设备(如整流器、逆变器等)、双向晶闸管及可控开关设备等。电弧型主要是各种炼钢炉以河南电网为例,谐波源主要是电气化铁路和大型炼钢厂等企业谐波对电能计量的影响电网中基波功率由发电机产生,而负荷又分为线性负荷与非线性负荷：非线性负荷吸收电网的基波功率,并将基波功率的一部分转化为谐波功率反送回电网线性负荷不仅吸收电网的基波功率,也吸收谐波功率谐波对电能计量的影响电能表反映的电能为:式中:E———通过电能表的电能（全波电能）E1———通过电能表的基波电能;Eh———通过电能表的第h次谐波电能;Kh———第h次谐波下电能计量衰减的频率响应系数。谐波对电能计量的影响对非线性用户：计量的全波电能等于基波与各次谐波电能之差,小于基波电能。对线性用户：计量的全波电能等于基波与各次谐波电能之和,大于基波电能谐波对电能计量的影响非线性用户向电网注入的谐波功率无论是对用电户还是对电力系统都是有害而无利的。对用户的电动机来说,它并不增加有效的轴功率,相反会明显增大其附加损耗、附加温升和脉动转矩,这将严重缩短电机的寿命;对电力系统而言则将是增大线损,增加非经营性成本。谐波对电能计量的影响基波电能为有益的电能,应根据基波电能值合理地确定用户的电费,而不致让谐波的“制造者”———非线性用户不仅未受到处罚,还少计了电量,谐波的“受害者”———线性用户不仅得不到补偿,还多计了电量。谐波电能为有害的电能,可根据谐波电能值确定谐波源向电网输送多少谐波能量,据此可制定相应的措施对非线性用户进行处罚,以经济为杠杆促使其治理谐波污染计量方式的选择综上所述,在谐波影响下应选择的计量方式:对基波、谐波电能进行分别计量,并指示谐波电能的方向。电铁牵引站关口计量应选用能分别计量基波、谐波电能的电能表。（如仪斯卡公司WQ.MT860关口电能表具备基波、谐波电能分别计量）计量方式的选择国家电网公司认识到全波计量在电铁关口计量上的不合理性在2009年9月下发了《电气化铁路牵引站接入电网导则》文件文件中第8.5条对计量系统的要求明确提出了“牵引站供电关口电能计量装置应采用全电子式多功能电能表，计量表计要求能分别计量基波电能、谐波电能、四象限无功电量。”计量方式的选择案例一：信阳电铁供电段2010年9月信阳供电公司在电气化铁路牵引站对侧的供电公司变电站内试挂了一只的WQ.MT860关口电能表，与现场初装的国产表做数据对比。案例一：信阳电铁供电段电能表厂家型号等级表编号规格原计量用表三星DTSD1880.5SS014MS0003851.5/6A,3*57.7/100V被试表上海惠安WQ.MT8600.2S415074095(1-6)A,3*57.7/100V现场数据对比：案例一：信阳电铁供电段现场数据对比：电表型号底码值/增量值正向有功总电量反向有功总电量正向有功基波电量反向有功基波电量正向有功谐波电量反向有功谐波电量DTSD188初始表底值2770.382.03DTSD188电表无基波、谐波计量功能结束表底值2861.112.3起止电量差（增量）90.730.27WQ.MT860初始表底值0.585483.5960.585483.29300.304结束表底值92.123484.792.133484.3970.0040.318起止电量差（增量）91.5381.10491.5481.1040.0040.014与原电能表差值（Δ）0.8080.834有功电量相对误差：δ=Δ/被试表有功总电量X100%=0.808/91.538X100%=0.88%案例一：信阳电铁供电段WQ.MT860关口电能表在消除谐波对计量的负面影响比普通电能表好：普通电能表受谐波影响较大，少计量0.88%电量试验数据分析案例一：信阳电铁供电段普通电表由于所有的计算都是基于时域的，因此无法从全波信号中分离出各次谐波的含量，不能对各次谐波做校正，更不能计算出基波及谐波的电量。而WQ.MT860关口表特别采用对源数据做频谱分析的方法对得出各个频率成分所含有的量的大小以及相位关系，根据这一关系再计算得到每一个频率成分的电量数据。可以方便校正每一频率成分的物理信号，从而如实反应源信号的电量信息。电表测量原理比较案例一：信阳电铁供电段通过现场试验说明WQ.MT860关口表在电铁等非线性负荷用户的电能计量中比普通计量表更准确，受电铁谐波影响更小。同时有效保护供电公司经济利益。试验结论案例一：信阳电铁供电段如果仍按照目前全波电量收费，以挂网数据更换WQ.MT860关口表后将挽回0.88%电量计算，如果一个牵引站年用电为100GWh，一年可挽回损失电量880MWh，按电气化牵引机车电价0.5元/kWh计算，仅对一个电气化牵引站进行计量装置改造，可为供电企业挽回经济损失达44万元。经济效益分析案例一：信阳电铁供电段按照国家节能减排、建设绿色电网的总方针，今后国家将出台相应的基波结算法规，届时用户还将省去一大笔改造资金，避免人力、财力的重复投入经济效益分析案例二：粤北电铁供电段以广东省粤北某电气化铁路牵引站为例,其牵引变压器容量为31.5MVA,原来安装的是全波电子电能表。对该牵引站测定的奇次谐波电流、电压、有功功率见表3(偶次谐波数值很小,在此忽略不计)。案例二：粤北电铁供电段从表1可知,在牵引站中,3次、5次、7次、9次谐波电流超标,其中L3相3次谐波电流最大。

案例二：粤北电铁供电段案例二：粤北电铁供电段现对该牵引站电能计量装置进行技术改造,采用基波电能和谐波电能分开计量的方式,加装基波谐波电能表。根据表3可计算出谐波负荷总和为0.088MW,基波负荷为11.481MW,谐波负荷总和与基波负荷的比值为0.768%。按该牵引站年用电量96GWh计算,1年可挽回损失电量737MWh。

案例二：粤北电铁供电段按广东省电价目录中衡广电气化牵引机车电价为0.448元/kWh(含三峡基金和电力建设费)计算,仅对一个气化机车牵引站进行计量装置改造,可为供电企业挽回经济损失30.02万元。

总结

谐波对电能计量的准确性和合理性有极大的影响。采用分别计量基波电能和谐波电能,记录谐波电能方向的计量方式是比较合理的。按照电力成本合理分摊的电价体系,对吸收谐波电能的客户在电力价格或用电量上适当给予谐波分量补偿;对向电网注入谐波电能的客户要给予电力成本合理分担,按谐波分量的比例对其用电价格进行调整或处罚,是非常有必要的。参考文献：广东广电集团公司《对谐波影响下的电能计量方式的探讨》上海惠安系统控制有限公司上海惠安系统控制有限公司是专门从事电力系统自动化的公司，是美国WESCON集团的主要成员之一，为中国和亚太地区提供国外一流、技术先进、成熟可靠电力自动化、电量计费、电能表产品。上海惠安系统控制有限公司仪斯卡关口电能表上海惠安公司是ISKRA在中国的唯一合作伙伴WQ.MT860电能表电铁项目应用：郑西电铁牵引站--荥阳站郑西电铁牵引站--巩义站河南三门峡阌乡牵引站河南三门峡西寨牵引站河南三门峡高岩牵引站河南洛阳洛阳南牵引站河南洛阳盐镇牵引站仪斯卡关口电能表WQ.MT860需量叠加功能介绍需量叠加功能特别适用于采用需量结算的工业用户：如钢铁、化工等重工业用户，这些用户一般会有超过一条线路的结算点。为了方便介绍，我以某化工厂两条线路为例介绍电力公司如何向该化工厂收费：仪斯卡关口电能表WQ.MT860需量叠加功能介绍采用需量结算的目的是鼓励用户在用电低谷用电、在用电高峰限电（用户超过供电局规定的最大需量值，就要按高价付费）如果不具备需量叠加功能的电表分别装在化工厂的两条线路，在用电高峰期间，由于两条线路发生的最大需量时间（即用电高峰时间）不同，导致每条线路的需量结算都不超标，但这并不意味着此时两条线路叠加后的需量不超标，因此电力公司不能真正考核到该用户的最大需量。仪斯卡关口电能表WQ.MT860需量叠加功能介绍电力公司实际是按照用户所有线路总的最大需量和用户签订的用电合同，不是针对每条线路与用户签合同。因此，不具备需量叠加功能的电表反应不出该用户真正的用电需量，只有将用户所用线路的需量实时叠加计算出的最大需量，才能反映电力公司与用户签合同的需量电价。

仪斯卡关口电能表WQ.MT860需量叠加功能介绍MT860电表具备需量实时叠加功能，满足电力公司对多条线路用户采用需量收费的要求

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