非线性负荷对电能计量影响的探讨

非线性负荷对电能计量影响的探讨 摘 要:非线性负荷是当前电力系统面临的重要问，因为非线性负荷会带来很多谐波，这些谐波会导致供电系统电流波形畸变，对整个供电系统带来污染和威胁，同时为电能计量工作也带来了巨大的压力和挑战，从整体上影响电能电能计量的科学性、精准性。本文了非线性负荷对电能计量产生的影响，并探究了科学合理的电能计量模式。 关键词:非线性负荷;电能计量;影响 中图分类号:TM714 文献标识码:A 随着经济的发展、社会的进步，电网容量极具扩大，非线性、重负荷在电力系统中被广泛应用，导致电网负荷结构被改变，引发了电流波形与电压波形方式变化，出现畸形变样等问题，这些问题影响了电能计量的准确性，同时，电力系统在运行过程中由于受到多种内外因素的影响，容易出现不平衡负载，在这种不平衡负载条件下，电能计量设备的计量作用失灵，甚至出现不精准计量等问题，非线性负荷问题必须引起重视。 1 非线性负荷产生谐波的原因与危害 现阶段，非线性负荷对电能计量的影响主要是指来自于谐波的负面影响，因为非线性负荷容易引发谐波的产生，从而污染电网环境，影响电能计量设备计量的精准性，为供电企业带来巨大的经济损失。因此，目前的非线性负荷的分析与治理主要是针对与谐波而言的。 1.1 谐波特征与产生原因分析 谐波是一个周期性电气量的正弦波分量，谐波的频率通常为基波频率的整数倍。与普通电波不同，谐波分为奇次谐波以及偶次谐波，不同谐波具有自身的频率、幅值。 谐波通常出现在用电规模较大、电力系统负载较重的电力系统，例如:工业聚集区、涉及到大功率换流与变频的电力系统中。 其产生的根源在于非线性负载问题，也就是当电流经过负载时，其电压降没能正常地表现出线状模式，导致非正弦电流出现，带来了谐波。例如:电弧炉冶炼过程中，因为交流电流过零后的起燃与形成的福安特性为典型的非线性电弧，这就会造成电流波形变化失去规律性，熔炼工作的进展更加剧了电流波形的不规则变化，从而产生大量的谐波电流。 通常情况下，具有以下电气设备容易产生谐波电流:第一，体现铁磁饱和特征的铁芯电气设备，例如:电抗器;明显依靠非线性特征电弧充当工作介质的电气设备，例如:交流弧电气设备;装配电力电子元件的开关电源电气装置等等。 这些非线性电气设备的相同之处为:从电力系统中获得非正弦电力，因为这些电气设备内部电流不会跟随外部电压一道变化，导致其电流呈现出非正弦波状，从而形成了谐波电流，导致电压失真，供电系统需要供应更多、更大的电力能量。 1.2 谐波的不良影响 谐波一旦产生就会带来多方面的危害，例如:引发电力系统中电压变形、电线受热偏离可承受范围，造成短路以及线路故障等问题，一些重要的电气设备，例如:变压器、配电设备被烧毁;加剧供电系统的电能损耗，一些重要电气元件运行失灵、误动作，甚至引发大型火灾。最重要也是最关键的危害体现为对电能计量精准性的不良影响，非线性负载谐波电力用户通常电能计量较正常值小，容易少缴电费，相反，正常用电的用户则可能会无故增加电能计量值，导致电费的无故增加，容易引发用户同供电企业的矛盾和纠纷。 2 非线性负载谐波对电能计量的影响 一般来说，多数电力系统电能计量设备都是以50Hz的正弦波来计量电能的，然而，一旦电力系统出现谐波问题，此类电能表则将无法正常运行，其计量精准性就会受到影响。 主要体现在电能计量的差异性。 产生谐波的用户，其电能表显示了此用户使用的基波电能量，然而，这其中减掉了谐波电能，这样谐波不仅扰乱了电力系统，还会导致电能计量的减少，使得该部分用户电费缴纳数额减少;与此相对应的线性负荷用户，没有产生谐波线性，其电能表显示出了其所利用的基波电能量与部分谐波电能，其中的谐波电能一方面会损坏线性负荷，另一方面还会导致电能计量数量上升，现象用户需缴纳更多电费。 经过试验与实践研究表明:现阶段，电子式电能表受到非线性负荷影响最大，会为供电企业带来极大损失，然而，感应式电能表也具有一定的负面作用，体现在对谐波频率有负的频率误差特征，如图1所示。 当电力系统正常供电时，所产生的电压通常为正弦波电压，遇到非线性负荷时，对于的功率消耗计算公式为: PNL=P1- 其中P1消耗的功率， 为谐波功能消耗 rh 为电能表对h次谐波频率的误差，由于受到谐波的有效，电压出现畸形，线性负荷系统消耗的功率为: PL=P1+ 以上分别为线性与非线性负荷的电能功率消耗，虽然其中rh为负数，然而，这其中显示在谐波面前，电能表失去了精准的计量作用，谐波条件下，电能计量中减去了一少部分谐波电能，导致电能计量减少，对应的电费计量数也会减少，减少了供电企业的经济收入，增加了其供电负担。 由于非线性负荷产生的谐波问题，对应带来的电能计量损失数目是不可估量的，实践调查:某地区电网部分地区出现了非线性负荷运行现象，所采用的电能计量装置为感应式或电子式计量设备，其中损失掉的计量数达到0.3%-1.0%之间，综合来看，供电企业每年损失的电能计量数达2千万kW.h，折合成人民币为几百万元，这对于供电企业来说无疑是一个巨大的损失。 更重要的是，线性负荷用户对应需多缴纳电费，会增加其不满情绪与心理负担，从而引发矛盾问题。 3 基波表对非线性负载问题的应对与处理 经过多年的研究与实验，基波表作为一种新的电能计量设备得到了发展和应用，有效处理并解决了非线性负载问题。 基波表能够共同计量基波电量以及全波电量，能够显示出这两类电量的差距。 将基波表利用在电力系统内部发挥监测功能，结果分别显示出了有功电能与基波电能。 测试结果1:未出现谐波; 测试结果2:H2= 3rd5%+5th7%+ 7th4%+9th4%+30? 测试结果3:H2= 3rd5%+5th7%+ 7th4%+9th4%-30? 通过对比分析能够得出: 测试1的谐波结果符合规定标准，电能计量处于精准精确状态无谐波问题，然而，对应的测试结果2、3的谐波电压与电流则偏离了标准值，基波电量与全波电量存在一定差距，意味着其存在谐波问题。 从试验中能够总结出:谐波影响电能计量的具体方面体现在: 第一，谐波分量的比重;第二，谐波电压与电流的夹角;第三，基波所处象限。 从试验中能够看出:基波电能表有效克服了非线性负荷对电能计量的不利影响，基波电能表无论正向还是反向有功计量，全波电能都要少于基波;当基波同谐波电能量同处正向或 反向时，全波电能则要多于基波。 结语 非线性符合对电能计量会带来不利影响，为电力系统带来不良影响和危害，会增加供电企业的经济损失与供电压力，因此，必须注重对非线性负荷问题的重视，重点围绕谐波问题展开探究，调整变换传统的电能计量设备，采用新型计量设备，为了能够确保非线性状态下电能计量的精准，就应该加大对谐波电能计量设备的研究力度，确保所使用的电能计量设备更加精准、可靠，发挥有效的电能计量功能。 参考文献 [1] 戴训江，晁勤.光伏并网逆变器白适应电流滞环跟踪控制的研究[J].电力系统保护与控制，2010，38(04):25-30. [2] 肖朝霞，王成山，王守相.含多微型电源的微网小信号稳定性分析[J].电力系统自动化，2009，33(06):81-85. [3] 王成山，肖朝霞，王守相.微网中分布式电源逆变器的多环反馈控制策略[J].电工技术学报，2009，24(02):100-107. [4] 韩郁，詹长江，赵良炳，等.三电平并联型电能质量调节器的控制技术研究[J].清华大学学报:自然科学版，2011，40(03):40-43. [5] 叶忠明，董伯藩，钱照明.谐波电流提取方法比较[J].电力系统自动化，2010，2l(12):21-24.