电能计量是电网经济核算的依据,其精度关系到电力供需双方的经济效益。而电力谐波的存在,使得电能计量失准,这给供用电双方都带来影响。随着电力电子技术的发展,电网中的谐波污染越来越严重,电能表是否准确、真实地反映非线性用户的用电量还是一个正在探讨的问题。因此利用电能质量分析仪分析研究谐波对电能计量的影响具有重要意义。

一、谐波对电磁式电能表的影响

传统的电磁式电能表是利用处在交变磁场金属中的感应电流与有关磁场形成力的原理制成,由于这类电能表是按照工频正弦波设计制造的,只能保证在工频范围很窄的频带内具有最佳的工作性能。当电力系统中的波形发生畸变,感应式电能表不可避免地会产生计量误差。

电磁式电能表的电能计量误差频率特性曲线呈迅速下降趋势;计量误差随频率的增高而增大;谐波频率为20倍频(1000Hz)左右时,误差超过了-90%;不同功率因数下的误差值有一定的差异。从计量原理上对电磁式电能表进行分析,得出电磁式电能表在谐波条件下计量的电能一般不能正确反映用户实际使用的电能。

当用户为线性用户时,谐波与基波潮流方向一致,电能表计量的是基波电能和部分谐波电能,计量值大于基波电能。线性用户不但受到谐波损害,而且还要多交电费。

当用户为非线性用户(即谐波源)时,用户除自身消耗部分谐波外,还向电网输送谐波分量,向电网输送的这部分谐波潮流与基波潮流方向相反,电能表计量的电能是基波电能和扣除这部分谐波电能,计量值小于基波电能值。非线性用户虽然污染了电网,反倒少交了电费。所以随着电网谐波的增多,人们对电能质量的要求越来越高,电磁式电能表逐步会被淘汰。

二、谐波对电子式电能表的影响

目前,电子式电能表在城市电网中已经得到普遍使用,我国的电子式电能表主要采用模拟式分割乘法器实现测量电功率和电能。随着电力系统谐波含量的不断增加,电子式电能表在谐波下的计量不可避免地出现误差。电子式电能表具有更宽的频率响应。

电子式电能表的计量误差也是随着谐波频次的升高而增加,但电子式电能表计量误差比电磁式电能表计量误差小得多,20倍频谐波的频率特性误差值不超过4%。通过对电子式电能表进行误差分析得出:电子式电能表由于频带较宽,对基波电能和谐波电能都能较准确计量,但值得注意的是它把谐波功率和基波功率同等对待,这样计量误差会增大。

三、谐波对数字式电能表的影响

数字式电能表是在电子式电能表的基础上提出的,它是使用数字乘法器,采用A/D转换器将电压和电流进行数字化相乘,可以达到很高的测量准确度。数字式电能表通常在一定周期内对电压、电流信号进行采样处理,当系统频率波动时,采样周期很难达到与实际的信号频率同步,就会出现频谱泄漏和栅栏效应,使电能计算出现误差。