/国网冀北电力有限公司廊坊供电公司 杨国强 陈伟锋/

关于非线性负载对电能计量的影响

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在现代经济社会快速发展的背景之下，各个行业领域对于电能商品的需求量以及需求规模呈现出了相当显著的发展趋势，电网事业也在这一背景下有了相当明显的变化。一方面，电能需求量的增加使得电力事业的发展备受关注，另一方面，电网运行中开始呈现出不同的问题。特别是从电网系统角度上来说，非线性负载的增加会产生大量的谐波，对电网系统的电压波形以及电流波形产生影响，最终干扰电能计量工作的开展。结合这一背景，文章重点分析非线性负载产生谐波的机理，然后探讨非线性负载谐波影响下，电能计量中存在的问题，给出了消除负面影响的几点意见与建议，希望能够引起各方工作人员的高度关注。

非线性负载 电能计量 谐波 影响

0 引言

廊坊地区电网用电负荷工业负荷比重较大，以矿山、冶金、建材为主。其中，工业用电量占70%，居民用电量占14%，商业商业、农业及其他领域的用电量占16%。在现代电力电子技术快速发展的背景之下，廊坊市电网系统当中所投入的非线性设备规模以及数量均呈现出了相当显著的提升趋势。这些非线性负载设备的全面投入使得电网系统当中流入了大量的谐波电流。受到谐波电流的影响，知识电网系统电压波形、电流波形不同程度上的发生畸变问题。这一问题直接对电能质量产生影响，累及电力系统中的相关电气设备，导致其工作性能受损，无法正常开展作业。特别是从电能计量的角度上来说，非线性负载影响下所产生的谐波问题会对电能计量进度产生严重干扰。换言之，为了确保电能计量的精确性，就需要正确认识非线性负载对电能计量的影响，及时消除负面影响。

1 非线性负载产生谐波的机理分析

图1为电力系统常规等值电路示意图。结合图1而言，空心箭头表示n次谐波功率所对应的潮流走向，实心箭头表示基波功率所对应的潮流走向。

结合图1来看，假定在该系统的正常运行过程当中存在谐波干扰，根据式（1）所示的基波功率守恒公式以及如下式（2）所示的谐波功率守恒公式，可知：

图1 电力系统常规等值电路示意图

根据以上关系式，可以转化形成式（3）：

结合式（3）来看认为：在一个完整的电力运行系统当中，非线性负载本质上来说就是系统所发出的谐波功率。系统所发出的谐波功率会被来自于电源、线路、以及线性负载的电路所吸收。同时，由于非线性负载自身不会产生能量，故而谐波源的能量来源以吸收能量为主。从这一角度上来说，谐波功率是非线性负载从电力系统所吸收基波功率当中转化形成的。

2 非线性负载对电能计量的影响分析

2.1 从感应式电能表的角度分析

在电能计量的工作领域当中，感应式电能表是一种在工频状态下，根据正弦波电流以及电压波形特点所设计的电能计量仪器。从该电能表的应用角度上来说，若额定频率与实测信号频率之间存在较大的误差，则受到频率变化的因素影响，将导致磁通量发生明显的变化，最终表现为系统所对应电流幅值、电压幅值、以及电流、电压幅值相位角的改变。在这一因素影响下，感应式电能表的补偿力矩作用力、驱动力矩作用力、抑制力矩作用力、以及铁心损耗都有一定的变动，进而导致电能表所计量的电能使用情况与实际情况不符合。

更加关键的一点是：对于感应式电能表而言，计量电能取值的计算标准为：基波电能取值 + 部分谐波电能取值。因此，在非线性负载设备接入电网系统的背景之下，其所产生谐波功率对应的潮流方向表现也会影响电能计量。举例来说，在用户为谐波源用户的情况下，除自身消耗部分谐波的电能是基波电能扣除部分谐波电能后的结果，进而导致电能表所计量电能值与基波电能之间产生较大差异，多为基波电能＞ 计量电能；而在用户为非谐波源用户的情况下，基波潮流主要是由系统注入用户端，此状态下的基波潮流方向与谐波潮流方向一致，电能表所显示的电能计量值为基波电能与谐波电能的综合，由此导致两者之间产生较大差异，多为基波电能＞ 计量电能。

2.2 从电子式电能表的角度分析

此类型电能表在电能计量工作中得到了相当广泛的应用，属于新型的电能测量仪表之一。电子式电能表建立在单片机基础上，通过对脉冲数字技术以及模数转化技术的灵活应用，实现对电能用量的精确测量。相较于传统意义上的感应至电能表而言，电子式电能表的整体结构更加的简单，实际应用中调整更加灵活与方便，具有较高的计量准确度。但在谐波影响下，需要注意的是，电子式电能表的频率响应区间较宽，其对谐波功率的响应水平与对谐波功率的响应水平是基本一致的。因而，电子式电能表会同步完成对基波功率以及谐波功率的计量工作，这很有可能导致电能计量误差的明显增大。

2.3 从电子式电能表的负荷预测准确率分析

负荷预测无标准化流程。负荷预测工作是一个涉及多个环节的生产管理工作，无标准工作流程，导致负荷预测工作的衔接和信息的传递不通畅。调度员人员负荷预测水平有限，负荷预测工作由值白班的调度员在当日16点之前将第二天预测负荷结果上报给省总调度。调度员对软件的使用熟悉度不同，造成调度员在负荷预测工作中存在很大差异，尽管近几年加强了负荷预测管理，但只有抽象的认识，没有把负荷预测管理与自己的实际工作联系起来。由于数据上报不及时。调度员在向省公司上报负荷预测数据过程中，可能会遇到系统网络不通，预测时间过长或死机等异常现象，造成数据上传不成功。

3 非线性负载所产生的危害分析

在当前电能计量工作开展过程当中，所使用的电能表大多具有一个共同的特点，即能够实现对瘠基波功率以及谐波功率的同步反应。对于存在谐波系统而言，常规电能表进行计量难免会存在一定的局限性与不合理性。对于谐波源用户而言，除了会向电力系统内注入大量谐波，对电力系统正常运行产生危害以外，同时还会导致这部分用户少支付谐波功率下所对应的电费。而对于非谐波源用户而言，由于在常规电能表计量下的基波电能 ＜ 计量电能，则除了会受到谐波所带来的危害以外，更需要多付出电费，造成一定的经济损失。非线性负载所产生谐波还会对整个电力系统的正常运行产生相当不良的影响。

3.1 供电电压波形畸变

受到非线性负载影响，供电电压波形畸变，公共连接点所对应的供电质量受到不良影响。同时，在谐波电流进入电网以后，可能诱发谐振，并导致系统大范围内出现过电压以及过电流方面的问题，造成电力系统的运行失稳。

3.2 电力系统造成经济损失

谐波不仅对电力系统和线性负荷有害，而且还会使线性负荷用户因吸收了谐波功率而需多交电费；而非线性负荷用户作为谐波源，发出谐波功率，对电力系统造成危害的同时，却少交了电费。因此，对于电力部门来讲，受谐波的影响主要是既少收了非线性负荷用户的电费，又增大了线路损耗，经济损失巨大。

总之，线性用户不但由于吸收非线性用户所产生对自身运行毫无用处甚至有危害的谐波，还得多支付一定的费用；相反，非线性用户不但将吸收的一部分基波电能转化为谐波电能污染了电网，而且还少支付这一部分的费用。

4 非线性负载所带来问题的预防建议

根据以上对非线性负载的分析认为：在电能计量的过程当中，最合理的计量方式应当为：分别对谐波功率以及基波功率进行计量，对功率所对应的潮流方向进行合理的区分。为实现这一目标可以额采取工频基波电能表与宽频带功率电能表相互配合的计量方式。在这一计量方案下，除能够评估系统所对应的基波功率取值标准以外，还能够测量系统内谐波电流所对应的潮流取值以及走向特点。在这一模式下，对于非线性负载用户而言，能够根据谐波功率的大小，给予相应的经济性补偿，补偿线性用户以及电力部门受谐波影响而产生的经济损失。所以必须使负载的电流波形与电压波形同步且为线性关系，将发出的电能全部用来做有用功，电能才能被充分利用，才能不浪费一次能源，提高能源利用率，才是真正的节省了能源。由此可见，这种综合性的电能计量方案更较传统方案而言更加的合理，电能计量精确性得到了保障。

5 结束语

经过实践测试，在电压为标准的正弦波作用下，同等功率的负载即测试的电流有效值相同的负载的情况下，阻性负载电度表计量的电能数值大于感性负载，大于非线性负载。在电网系统的运行过程当中，随着非线性负载投入量的持续增加，整个电力系统所面临的谐波污染问题进一步加剧。为了让供电方以优质的供电服务赢得市场的承认，同时用电方成为市场经营的平等参与者，就需要积极研究更为科学的、合理的电能计量方式，通过对电能计量工作的合理改进与完善，才能做到电能计量的公平、公正。文章在分析非线性负载增加所产生谐波的主要机理基础之上，从感应式电能表以及电子式电能表两个方面入手，分析非线性负载对电能计量的影响情况，探讨其所产生的危害以及预防方法，希望能够引起重视。

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