諧波對電能計量影響

諧波對電能計量的影響隨著非線性用電負荷的日益增多,供電系統(tǒng)中諧波電壓和電流成分不斷增加。諧波不僅對供電系統(tǒng)造成污染,對電力設備構成危害,而且產生諧波的非線性用戶將其吸收的一部分基波電能轉化為諧波電能,造成供電企業(yè)線損增加,電力營運企業(yè)非經營性成本增加。為此有必要研究在諧波影響下的電能計量方式,以確保電能計量準確,保障電力營運企業(yè)的經營效益。概述電網常見的諧波源鐵磁飽和型主要是各種鐵心設備,如變壓器、電抗器等。其鐵心飽和特性呈非線性。電子開關型主要是各種交直流換流設備(如整流器、逆變器等)、雙向晶閘管及可控開關設備等。電弧型主要是各種煉鋼爐以河南電網為例,諧波源主要是電氣化鐵路和大型煉鋼廠等企業(yè)諧波對電能計量的影響電網中基波功率由發(fā)電機產生,而負荷又分為線性負荷與非線性負荷：非線性負荷吸收電網的基波功率,并將基波功率的一部分轉化為諧波功率反送回電網線性負荷不僅吸收電網的基波功率,也吸收諧波功率諧波對電能計量的影響電能表反映的電能為:式中:E———通過電能表的電能（全波電能）E1———通過電能表的基波電能;Eh———通過電能表的第h次諧波電能;Kh———第h次諧波下電能計量衰減的頻率響應系數(shù)。諧波對電能計量的影響對非線性用戶：計量的全波電能等于基波與各次諧波電能之差,小于基波電能。對線性用戶：計量的全波電能等于基波與各次諧波電能之和,大于基波電能諧波對電能計量的影響非線性用戶向電網注入的諧波功率無論是對用電戶還是對電力系統(tǒng)都是有害而無利的。對用戶的電動機來說,它并不增加有效的軸功率,相反會明顯增大其附加損耗、附加溫升和脈動轉矩,這將嚴重縮短電機的壽命;對電力系統(tǒng)而言則將是增大線損,增加非經營性成本。諧波對電能計量的影響基波電能為有益的電能,應根據(jù)基波電能值合理地確定用戶的電費,而不致讓諧波的“制造者”———非線性用戶不僅未受到處罰,還少計了電量,諧波的“受害者”———線性用戶不僅得不到補償,還多計了電量。諧波電能為有害的電能,可根據(jù)諧波電能值確定諧波源向電網輸送多少諧波能量,據(jù)此可制定相應的措施對非線性用戶進行處罰,以經濟為杠桿促使其治理諧波污染計量方式的選擇綜上所述,在諧波影響下應選擇的計量方式:對基波、諧波電能進行分別計量,并指示諧波電能的方向。電鐵牽引站關口計量應選用能分別計量基波、諧波電能的電能表。（如儀斯卡公司WQ.MT860關口電能表具備基波、諧波電能分別計量）計量方式的選擇國家電網公司認識到全波計量在電鐵關口計量上的不合理性在2009年9月下發(fā)了《電氣化鐵路牽引站接入電網導則》文件文件中第8.5條對計量系統(tǒng)的要求明確提出了“牽引站供電關口電能計量裝置應采用全電子式多功能電能表，計量表計要求能分別計量基波電能、諧波電能、四象限無功電量?！庇嬃糠绞降倪x擇案例一：信陽電鐵供電段2010年9月信陽供電公司在電氣化鐵路牽引站對側的供電公司變電站內試掛了一只的WQ.MT860關口電能表，與現(xiàn)場初裝的國產表做數(shù)據(jù)對比。案例一：信陽電鐵供電段電能表廠家型號等級表編號規(guī)格原計量用表三星DTSD1880.5SS014MS0003851.5/6A,3*57.7/100V被試表上?；莅瞁Q.MT8600.2S415074095(1-6)A,3*57.7/100V現(xiàn)場數(shù)據(jù)對比：案例一：信陽電鐵供電段現(xiàn)場數(shù)據(jù)對比：電表型號底碼值/增量值正向有功總電量反向有功總電量正向有功基波電量反向有功基波電量正向有功諧波電量反向有功諧波電量DTSD188初始表底值2770.382.03DTSD188電表無基波、諧波計量功能結束表底值2861.112.3起止電量差（增量）90.730.27WQ.MT860初始表底值0.585483.5960.585483.29300.304結束表底值92.123484.792.133484.3970.0040.318起止電量差（增量）91.5381.10491.5481.1040.0040.014與原電能表差值（Δ）0.8080.834有功電量相對誤差：δ=Δ/被試表有功總電量X100%=0.808/91.538X100%=0.88%案例一：信陽電鐵供電段WQ.MT860關口電能表在消除諧波對計量的負面影響比普通電能表好：普通電能表受諧波影響較大，少計量0.88%電量試驗數(shù)據(jù)分析案例一：信陽電鐵供電段普通電表由于所有的計算都是基于時域的，因此無法從全波信號中分離出各次諧波的含量，不能對各次諧波做校正，更不能計算出基波及諧波的電量。而WQ.MT860關口表特別采用對源數(shù)據(jù)做頻譜分析的方法對得出各個頻率成分所含有的量的大小以及相位關系，根據(jù)這一關系再計算得到每一個頻率成分的電量數(shù)據(jù)?？梢苑奖阈Ｕ恳活l率成分的物理信號，從而如實反應源信號的電量信息。電表測量原理比較案例一：信陽電鐵供電段通過現(xiàn)場試驗說明WQ.MT860關口表在電鐵等非線性負荷用戶的電能計量中比普通計量表更準確，受電鐵諧波影響更小。同時有效保護供電公司經濟利益。試驗結論案例一：信陽電鐵供電段如果仍按照目前全波電量收費，以掛網數(shù)據(jù)更換WQ.MT860關口表后將挽回0.88%電量計算，如果一個牽引站年用電為100GWh，一年可挽回損失電量880MWh，按電氣化牽引機車電價0.5元/kWh計算，僅對一個電氣化牽引站進行計量裝置改造，可為供電企業(yè)挽回經濟損失達44萬元。經濟效益分析案例一：信陽電鐵供電段按照國家節(jié)能減排、建設綠色電網的總方針，今后國家將出臺相應的基波結算法規(guī)，屆時用戶還將省去一大筆改造資金，避免人力、財力的重復投入經濟效益分析案例二：粵北電鐵供電段以廣東省粵北某電氣化鐵路牽引站為例,其牽引變壓器容量為31.5MVA,原來安裝的是全波電子電能表。對該牽引站測定的奇次諧波電流、電壓、有功功率見表3(偶次諧波數(shù)值很小,在此忽略不計)。案例二：粵北電鐵供電段從表1可知,在牽引站中,3次、5次、7次、9次諧波電流超標,其中L3相3次諧波電流最大。

案例二：粵北電鐵供電段案例二：粵北電鐵供電段現(xiàn)對該牽引站電能計量裝置進行技術改造,采用基波電能和諧波電能分開計量的方式,加裝基波諧波電能表。根據(jù)表3可計算出諧波負荷總和為0.088MW,基波負荷為11.481MW,諧波負荷總和與基波負荷的比值為0.768%。按該牽引站年用電量96GWh計算,1年可挽回損失電量737MWh。

案例二：粵北電鐵供電段按廣東省電價目錄中衡廣電氣化牽引機車電價為0.448元/kWh(含三峽基金和電力建設費)計算,僅對一個氣化機車牽引站進行計量裝置改造,可為供電企業(yè)挽回經濟損失30.02萬元。

總結

諧波對電能計量的準確性和合理性有極大的影響。采用分別計量基波電能和諧波電能,記錄諧波電能方向的計量方式是比較合理的。按照電力成本合理分攤的電價體系,對吸收諧波電能的客戶在電力價格或用電量上適當給予諧波分量補償;對向電網注入諧波電能的客戶要給予電力成本合理分擔,按諧波分量的比例對其用電價格進行調整或處罰,是非常有必要的。參考文獻：廣東廣電集團公司《對諧波影響下的電能計量方式的探討》上?；莅蚕到y(tǒng)控制有限公司上?；莅蚕到y(tǒng)控制有限公司是專門從事電力系統(tǒng)自動化的公司，是美國WESCON集團的主要成員之一，為中國和亞太地區(qū)提供國外一流、技術先進、成熟可靠電力自動化、電量計費、電能表產品。上海惠安系統(tǒng)控制有限公司儀斯卡關口電能表上?；莅补臼荌SKRA在中國的唯一合作伙伴WQ.MT860電能表電鐵項目應用：鄭西電鐵牽引站--滎陽站鄭西電鐵牽引站--鞏義站河南三門峽閿鄉(xiāng)牽引站河南三門峽西寨牽引站河南三門峽高巖牽引站河南洛陽洛陽南牽引站河南洛陽鹽鎮(zhèn)牽引站儀斯卡關口電能表WQ.MT860需量疊加功能介紹需量疊加功能特別適用于采用需量結算的工業(yè)用戶：如鋼鐵、化工等重工業(yè)用戶，這些用戶一般會有超過一條線路的結算點。為了方便介紹，我以某化工廠兩條線路為例介紹電力公司如何向該化工廠收費：儀斯卡關口電能表WQ.MT860需量疊加功能介紹采用需量結算的目的是鼓勵用戶在用電低谷用電、在用電高峰限電（用戶超過供電局規(guī)定的最大需量值，就要按高價付費）如果不具備需量疊加功能的電表分別裝在化工廠的兩條線路，在用電高峰期間，由于兩條線路發(fā)生的最大需量時間（即用電高峰時間）不同，導致每條線路的需量結算都不超標，但這并不意味著此時兩條線路疊加后的需量不超標，因此電力公司不能真正考核到該用戶的最大需量。儀斯卡關口電能表WQ.MT860需量疊加功能介紹電力公司實際是按照用戶所有線路總的最大需量和用戶簽訂的用電合同，不是針對每條線路與用戶簽合同。因此，不具備需量疊加功能的電表反應不出該用戶真正的用電需量，只有將用戶所用線路的需量實時疊加計算出的最大需量，才能反映電力公司與用戶簽合同的需量電價。

儀斯卡關口電能表WQ.MT860需量疊加功能介紹MT860電表具備需量實時疊加功能，滿足電力公司對多條線路用戶采用需量收費的要求

。

儀斯卡關口電能表儀斯卡關口表在國網公司2008年、2009年連續(xù)兩年特高壓輸變電項目中全部中標，成為中國特高壓輸變工程高端關口表的典型代表。在關口表領域創(chuàng)造了多項世界及全國第一：

應用業(yè)績介紹儀斯卡關口電能表(1).世界（中國）第一個交流1000kV特高壓示范工程項目：國網公司1000kV特高壓交流示范工程晉東南-南陽-荊門變電站；(2).中國第一個直流±800kV特高壓示范工程項目：國網公司向家壩～上海±800kV特高壓示范工程復龍、奉賢換流站；(3).中國第一個交流750kV特高壓示范工程項目：西北750kV輸變電示范工程官亭變電站計量項目；(4).世界（中國）第一條±500kV雙回路直流輸電線路工程：葛（洲壩）滬直流綜合改造工程；(6).世界（中國）第一個±660kV電壓等級的直流輸電工程：寧東-山東±660kV直流輸電示范工程；(6).中國（國網、南網）特高壓輸變工程市場占有率第一。

ISKRA關口表、采集器應用業(yè)績國家電網公司：國網公司1000kV特高壓交流示范工程晉東南-南陽-荊門變電站國網向家壩～上海±800kV特高壓示范工程復龍、奉賢換流站國網公司呼遼±500kV高壓木家換流站、伊敏換流站國網公司西北與華中聯(lián)網±500kV寶雞換流站、德陽換流站國網公司西北與華中聯(lián)網500kV靈寶換流站國網公司三峽荊州±500kV換流站計量項目(接華中/湖北)國網公司三峽惠州±500kV換流站計量項目(接華中/南網)國網公司三峽昌西500kV開關站計量項目(接華中/江西)國網公司三峽新余500kV變電站計量項目(接華中/江西)國網公司三峽潛江500kV變電站計量項目(接華中)國網公司神木送出工程忻州500kV開關站(接華北)ISKRA關口表、采集器應用業(yè)績南方電網公司貴州至廣東第二回直流輸電工程深圳500kV換流站(接廣東省調/南方總調)興仁500kV換流站(接貴州省調/南方總調)南方電網公司廣東花都500kV變電站(接廣東/南方)南方電網公司廣東硯都500kV變電站(接廣東/南方)南方電網公司廣東博羅500kV變電站(接廣東/南方)南方電網公司廣東賢令山500kV變電站(接廣東/南方)南方電網公司貴州至廣東交流輸電工程廣西賀州500kV變電站南方電網公司龍灘水電站送出工程直流輸電工程廣西桂林500kV變、柳東500kV變、賀州500kV變ISKRA關口表、采集器應用業(yè)績廣東平海電廠（2×1000MW機組）廣東中山橫門燃機電廠（2×350MW機組）廣東韶關坪石B電廠（2×300MW機組）廣東南海A電廠（2×200MW機組）廣東南海電廠擴建（2×300MW機組）廣東黃埔電廠（2×300MW機組+2×125MW機組）廣東沙角A電廠（3×200MW機組+2×300MW機組）廣東湛江奧里油電廠（2×600MW機組）廣東飛來峽電廠（4×35MW機組）廣東大亞灣電站……ISKRA關口表、采集器應用業(yè)績海南?？陔姀S（2×330MW機組）海南清瀾電廠（2×150MW機組）貴州三板溪水電站(接湖南卡斯特)云南國電陽宗海電廠（2×300MW機組）(接云南)云南滇東電廠（4×600MW機組）(接云南)廣西紅水河龍灘水電站(接廣西)廣西華銀鋁業(yè)氧化鋁一期工程220kV進線(接廣西)廣西長洲水利樞紐工程(接廣西)廣西南塘變電站(接廣西)ISKRA關口表、采集器應用業(yè)績西北電網公司：西北750kV輸變電示范工程官亭變電站計量項目西北750kV輸變電工程寶雞變電站計量項目

華中電網公司：華中電網公司黃石500kV變電站(接華中)華中電網公司漯河500kV變電站(接華中)華中電網公司襄樊500kV變電站(接華中)華中電網公司駐馬店500kV變電站(接河南/華中)華中電網公司懷化500kV變電站(接湖南/華中)ISKRA關口表、采集器應用業(yè)績華中電網水布埡500kV變電站(接湖北/華中)華中電網鳳凰山500kV變電站(接湖北/華中)華中電網玉賢500kV變電站(接湖北/華中)華中電網雙河500kV變電站(接湖北/華中)華中電網孝感500kV變電站(接湖北/華中)華中電網崗市500kV變電站(接湖北/華中)華中電網白河500kV變電站(接河南/華中)華中電網復興500kV變電站(接河南/華中)華中電網沙坪500kV變電站(接河南/華中)華中電網鄭州500kV變電站(接河南/華中)華中電網嵩山500kV變電站(接河南/華中)ISKRA關口表、采集器應用業(yè)績河南大唐三門峽發(fā)電廠（2×600MW）(接河南)河南登封電廠計費系統(tǒng)（2×300MW）(接河南)河南焦作金冠電廠計費系統(tǒng)(接河南)河南焦作華福熱電廠計費系統(tǒng)(接河南)河南鶴壁煤電廠（2×135MW機組）(接河南)河南伊川電廠（2×300MW機組）(接河南)

ISKRA關口表、采集器應用業(yè)績河南新鄉(xiāng)、衛(wèi)輝、梁廟等220kV變電站(接河南)河南南陽回龍抽水蓄能電站(接河南)河南姚孟第二發(fā)電廠（2×600MW機組）(接河南/)河南中孚實業(yè)火電廠（2×300MW機組）(接