10《计量与测试技术》2009年第36卷第2期电力系统谐波对电能计量的影响分析ElectricalPowerSystemOvertonetoElectricalEnergyMeasurementImpactAnalysis罗灵(四川省南充市市政工程管理处,四川南充637000)摘要:电力系统中,非线性负载会引起交流正弦波畸变产生谐波,污染工频电网。本文对非正弦波有功电能正确计量,电子式电能表在含有谐波的电能计量中产生误差的原因进行了分析,并对电子式电能表的谐波影响检定方法作了介绍。关键词:交流电;正弦;非正弦;基波;谐波;有功电能1正弦交流电路的电能计量关。只有当同频率的正弦电压和正弦电流在同相位的情正弦交流电路中正弦交变量的三个要素是幅值(有况下才全部合成有功。当然大家对电流、电压只有同相效值)、角速度(频率、周期)与初相角。正弦交流电路中位部分才做有功电能都非常清楚,但是往往对同频率这的瞬时电压、瞬时电流、瞬时功率都与正弦交变量的三要个关键会被疏忽。我们必须指出“:不同频率的电流、电素有关,它们的波形为图1所示:压之间不产生有功”,5010Hz的额定电压和5011Hz的满度电流是不产生有功的。当电流和电压频率不一样,那么它们之间相位始终是在变化着的,就不可能确定功率因数值。这个基本概念是决定我国目前进行谐波电能正确计量问题的关键所在。由于感应式电能表的频率特性范围很窄,它的铁芯只能工作在(45～65)Hz的工频范围,测量基波功率和电能。随着频率增高,误差向负方向增大,即计量所得到的电能量就减少。频率响应曲线下降主要是铝盘的等效阻抗角随着频率增高而增大所至。由于高次谐波的频率远图1瞬时功率变化远高于这个频率范围,故不可能计量谐波电能,因此在使用感应式电能表时就不用讨论谐波计量技术。然而随着ωφωφ瞬时电压:u=Umsin(t+1)=2Usin(t+1);电子式电能表新技术不断发展,使其频率特性可以达到瞬时电流:i=Imsin(ωt+φ2)=2Isin(ωt+φ2);极宽的频率范围,谐波电能计量就成为大众关注的焦点。瞬时功率:P=ui=Umsinωt·Imsin(ωt-φ)=在有谐波的情况下,如何测量功率和计量电能以用来进2UIsinωt·sin(ωt-φ)=UIcosφ-UIcos(2ωt-φ)行收费结算,这个问题和谐波标准密切相关,是一个关键即交流电路消耗的功率包含两部分:一部分为的基础理论问题。UIcosφ;另一部分为-UIcos(2ωt-φ),它是以两倍于2非线性负载的危害性电源频率的频率随时间作正弦变化的分量。以前所用电器一般都是电工机电式的,是铁芯和电1T磁线圈组成的负载,这种负载常常称为线性负载。而所有功功率:P=pdt=UIcosφT∫0有的半导体元件都属于非线性负载。顾名思义:非线性2有功电能:W=pdt负载的负载特性为电压增加与电流变化不成比例关系,∫1例如半导体器件二极管在阻断状态(反向电压下)时仅有式中Um,Im为电压、电流的幅值(最大值);ω为角频极小的漏电流,因此在电压正弦波过零前后时并不导通,1率:ω=2πf=2π(T为周期);ω、ω为电压、电流的T12当瞬时电压值高于二极管结压降时才导通;二极管导通初相角;ω为电流初相角与电压初相角之差(功率因数时当达到饱和时即电压升高而电流增加很快,一旦超过角)。最大允许电流时即被软击穿或超过二极管耐压时被硬击由此可见,在正弦交流的电能计量中,电压、电流产穿,因此形成如图2所示的波形,所以它是非线性的。生的有功电能与它们间的功率因数角φ、角频率ω有©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net罗灵:电力系统谐波对电能计量的影响分析11清楚,我们从谐波的形成说起。3谐波的产生在电力电子装置出现以前,变压器是主要的谐波源,它是以3次谐波为主的奇次谐波,其量值很小,是很有限的谐波源。目前由变压器所产生的谐波由于量少已退居很次要的地位,而各种电力电子装置已成为最主要的谐波源并且还是丰富的多次谐波的组合。图2二极管福安特性,电力电子技术的应用不外乎采用整流二极管作整流在电力生产运行中,由于用户的非线性负载对电网产生了严重的有害影响。主要原因是这些负载产生大量器件,把交流电变换成直流电,因此整流二极管工频整流也就成为电力电子的最基本、最普遍的电能形态的高次谐波电流,而单相非线性负载还产生不对称的高AC/DC变换形式。次谐波和不平衡负载,造成电网电压波形严重畸变和三众所周知像一般的开关电源电