电力谐波对电能计量影响的研究.pdf

第32卷第1期
四川电力技术
ol,32,No,1
2009年2月
Sichuan Electric Power Technology
Feb.2009
电力谐波对电能计量影响的研究
何群
(四川省电力工业调整试验所,四川成都610072)
摘要:由于非线性负荷的大置应用,谐波对电能计量产生影响的问题越来越受到业界的关注,在介绍了感应式和电
子式两类电能表的计量原理的基础上,采用 MATLAB仿真工具,分析了两类计量置的误差频率特性,并通过对谐波
在线性负载和非线性负载下消耗电能情況的计算公式推导,指出现行计量方式存在的不合理性,并提出了一种新型
的电能计量方式。
关键词:电能计量;谐波;频率特性;电能表; MATLAB
Abstract Because of a large amount of applications of non-linear load, it attracts more and more attention of power industry
to the influences of harmonic on electric energy measurement. After the detailed descriptions of the structures and measuring
or nciples of induction watt-hour meter and electronic watt-hour meter, the frequency characteristic curves of the two types
are simulated by the tool of MATLAB. A new eleetrie energy measuring standard is given based on the expression formula of
the electric energy consumed by linear loads and non-linear loads
Key words: electrical energy measurement; harmonic; frequency characteristic; watt-hour meter; MATLAB
中分类号:TM93文献标识码:A文章编号:1003-6954(2009)-0045-04
电能是国民经济和人民生活的主要能源,对国家
电ば电燃铁
的发展起着举足轻重的作用。电能计量数据直接涉
及发电、供电、用电三方的经济利益,同时也是许多技
电!卡
术指标计算的重要依据。然而随着电力电子装置等
调氅浅
非线性负荷的大量应用,整个电力系统被引人了大量
谐波,严重影响了电能计量的准确性和合理性。谐波
对于电力系统来说是完全有害的,目前,世界各国都
也流电燃钦
对谐波问题予以了充分的重视,加强了对电力谐波问
图1感应式电能表工作原理示意图
题的研究。通过谐波对电能计量影响的分析,提出了
当转动力矩M与制动力矩M相等的时候铝盘
种改进的电能计量方式。
将以匀速转动,此转速N正比于电路的功率
1电能表的计量原理
(3)
3)计数装置是一个十进制的机械式计数器,用
感应式电能表结构及工作原理
来记录铝盘转数。
感应式电能表由驱动装置、制动装置、计数装置
N=ndr=kPdt=んE
三部分组成,其结构及工作原理示意图如图1所示
1)驱动装置由电压电磁铁、电流电磁铁和装于
E
W=CN
轴上的铝质圆盘构成。用来产生驱动力矩,驱动力矩
正比于被测电路消耗的功率
C称为电能表常数。铝盘转数乘以常数C就是
被测电路消耗的电能。
n=* P
2)制动装置由永久磁铁与圆型铝盘构成,大小1.2电子式电能表工作原理
正比于铝盘的转速:
电子式电能表的结构主要包括:输人部分、乘法
器、积分部分、输出部分。其工作原理示意图如图2
M,=ん
(2
所示。电子式电能表工作原理是通过电压采样和电
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四用电力技术
Vol 32, No. 1
2009年2
Sichuan Electric Power Technol
Feb.,2009
倫入部分
输出部分
u电采作
电变换器
?」分频、计数器
Ub、セ压/频冬转6
乘法器(M)
换器(Uf
1电流采
电!流变换器
送微处理器处理
图2电子式电能表工作原理示意图
流采样,将电压信号和电流信号送入乘法器得到功差小得多,20次谐波频率特性误差值不超过4%。
率,然后通过积分电路,也就是进行WVF压频变换
得到对应的频率,通过对频率信号计数得到被測电路
消耗的电能值送至输出。
2谐波对电能计量准确性影响的理论
分析
-40
电能计量装置是针对工频正弦波电压设计的,由
于谐波的存在使得电能计量装置偏离约定的计量环
境状,产生误差。谐波是一个周期电气量的正弦波
-l(0
分量,其频率为基波频率的整数倍,从理论上讲任何
周期性波形都可以将它分解为傅里叶级数来进行分
图3感应式电能表误差频率特性曲线
析,也就是进行频域分析,因此电能计量装置的频率
特性是硏究基波变形对电能计量影响的重要依据
2.1感应式电能表的频率特性
根据已经建立的感应式电能表频率特性模型,采
用 MATLAB数学工具软件模拟仿真,将数据直接进
行图形化处理,可以直观方便地展示输人、输出之间
的关系。通过程序计算绘图,可以得到感应式电能表
图4电子式电能表误差频率曲线
的误差频率特性曲线如图3所示。图中多条曲线分
感应式电能表和电子式电能表的误差频率特性
别为不同功率因数下的感应式电能表误差情况。
比较
1)感应式电能表的电能计量误差频率特性曲线
将感应式电能表和电子式电能表的误差频率特
呈迅速下降趋势,即感应式电能表在计量高频电能性曲线绘制到一张图上,如图5所示。可以看出:感
时,会出现负误差;
应式电能表随着高次谐波的增加,误差频率特性曲线
2)计量误差随频率的增高而增大,当频率为1衰减很严重,而电子式电能表的误差频率曲线则相对平
000Hz左右时,误差超过了-90%
坦,这说明电子式电能表具有较宽的频率响应特性。
3)不同功率因数下的误差值有一定的差异。
从以上分析可以看出:感应式电能表有迅速下降
2.2电子式电能表的误差频率特性
的误差频率特性,使得感应式电能表只能计量谐波的
电子式电能表的误差频率特性曲线如图4所示。
部分。若以W表示基波电能,Wn表示谐波电能
从仿真结果看,随着频率升高,误差值增大,整个曲线W表示电能表所计量的电能,则感应式电能表反映
近似为一个二次曲线。和感应式电能表相同,电子式的电能值近似可表示为
电能表计量误差随着谐波频次的升高而增加,但总体
W=W+ >K W
来看,电子式电能表计量误差比感应式电能表计量误
其中:K。为诸波电能系数,表征谐波被计量的程