电力谐波对电能计量的影响分析.pdf

1、2006 年 第 21 卷 第 1 期 电 力 学 报 Vol. 21 No. 1 2006(总 第 74 期 ) JOURNAL OF EL ECTRIC POWER (Sum. 74)文 章 编 号 : 1005 - 6548 (2006) 01 - 0098 - 02电 力 谐 波 对 电 能 计 量 的 影 响 分 析 X戴 晓 洪 , 史 洪 寅 , 续 临 生 , 靳 海 岗(临 汾 供 电 分 公 司 ,山 西 临 汾 041000)The Analysis of Power Harmenious Wave s AffectingPower Energy MeasurementD

2、AI Xiao2hong , SHI Hong2yin , XU Lin2sheng , J IN Hai2gang(Linfen Power Supply Sub2Compomy ,Linfen 041000 ,China)摘 要 : 在 分 析 电 能 表 计 量 原 理 的 基 础 上 ,对 比分 析 了 谐 波 对 电 子 式 与 电 磁 感 应 式 电 能 表 的 计 量影 响 ,提 出 存 在 电 力 谐 波 影 响 情 况 下 合 理 的 电 能 计量 方 法 。关 键 词 : 电 能 计 量 ;电 力 谐 波 ;误 差 分 析中 图 分 类 号 : TM930. 115 文 献

3、 标 识 码 : BAbstract : Based on the calculating principle ofpower energy meter , comparing the calculating affec2tion of narmonious waves on botnelectronic mefersand electromagnetic induction mefers , this paper sug2gests a reasonable calculating method of electric pow2er with the affection of power h

4、armonious waves.Key Words : power energy measurement ; powerharmonious wave ; analysis of errors近 年 来 ,非 线 性 负 荷 日 渐 增 多 ,特 别 是 一 些 大功 率 变 流 设 备 和 电 弧 炉 的 大 量 应 用 ,导 致 电 网 中 产生 大 量 的 高 次 谐 波 电 流 ,进 而 引 起 电 压 波 形 发 生 较大 的 畸 变 。 电 能 计 量 数 据 是 发 电 企 业 、 输 配 电 企业 、 电 力 用 户 之 间 进 行 贸 易 结 算 的 依 据 ,它 的 准 确

5、与 否 直 接 影 响 到 三 者 的 利 益 以 及 交 易 的 合 理 性 。研 究 在 电 网 中 存 在 高 次 谐 波 时 合 理 的 电 能 计 量 方法 、 开 发 和 选 用 适 宜 的 计 量 装 置 是 非 常 必 要 的 。1 电 磁 感 应 式 电 能 表 的 误 差 特 性这 种 电 能 表 通 过 电 磁 感 应 组 件 来 驱 动 机 械 记数 装 置 记 录 下 电 能 量 。 它 产 生 的 误 差 主 要 表 现 为 :a1 表 计 的 设 计 是 按 基 波 考 虑 的 。 当 负 载 基 波电 压 电 流 不 变 而 又 含 有 谐 波 时 ,电 能 表

6、 电 压 线 圈 阻抗 和 转 盘 阻 抗 都 会 变 化 ,导 致 电 压 工 作 磁 通 和 对 应的 电 流 磁 通 变 化 ,从 而 影 响 电 能 表 的 计 量 精 度 。b1 当 存 在 谐 波 电 压 与 电 流 时 ,由 谐 波 和 基 波 叠加 而 成 的 电 压 电 流 波 形 发 生 畸 变 ,但 由 于 对 应 铁 心导 磁 率 的 非 线 性 ,磁 通 并 不 能 相 应 地 成 线 性 变 化 。而 只 有 同 频 率 的 电 压 和 电 流 相 互 作 用 才 产 生 平 均功 率 ,也 只 有 同 频 率 的 电 压 和 电 流 产 生 的 磁 通 相 互作

7、用 才 能 产 生 转 矩 ,畸 变 的 波 形 通 过 电 磁 组 件 后 ,因 磁 通 不 与 波 形 对 应 变 化 ,导 致 转 矩 不 能 与 平 均 功率 成 正 比 而 产 生 附 加 误 差 。2 全 电 子 式 电 能 表 的 计 量 方 法 及 误 差 特 性这 种 表 计 量 有 功 采 用 的 是 A/ D 采 样 数 值 计 算的 方 法 。 设 交 流 电 源 电 压 、 电 流 的 瞬 时 值 为 u ( t) ,X 收 稿 日 期 : 2005 - 08 - 12 修 回 日 期 : 2005 - 11 - 24作 者 简 介 : 戴 晓 洪 (1956 - )

8、 ,男 ,重 庆 人 ,经 济 师 ,电 力 营 销 ;史 洪 寅 (1955 - ) ,男 ,山 西 洪 洞 人 ,工 程 师 ,电 能 计 量 ;续 临 生 (1963 - ) ,男 ,山 西 浮 山 人 ,助 理 政 工 师 ,电 能 计 量 ;靳 海 岗 (1972 - ) ,男 ,山 西 临 汾 人 ,工 程 师 ,电 能 计 量 。i ( t) ,则 瞬 时 功 率 p ( t) 和 1 个 周 期 内 平 均 功 率 P为 :p ( t) = u ( t) i ( t) ; (1)P = 1TT0p ( t) d t = 1TT0u ( t) i ( t) d t 。 (2)将

9、tk 时 刻 的 电 压 电 流 瞬 时 值 u ( tk) , i ( tk) , 代入 式 (1)得 到 tk 时 刻 的 功 率 瞬 时 值 :p ( tk) = u ( tk) i ( tk) 。 (3)将 1 个 周 期 T 等 分 为 n 份 ,根 据 积 分 的 数 值 计算 方 法 ,可 将 式 (2)变 为 :P = u ( t1) i ( t1) + + u ( tk) i ( tk) + +u ( t n) i ( t n) 1n = 1n rnk = 1u ( tk) i ( tk) 。 (4)令 t = tk - tk - 1 , 则 1 个 周 期 内 的 电 能

10、量 为 :W = rnk = 1u ( tk) i ( tk) t 。 (5)当 t 0 时 ,式 (5)则 变 为 :W =T0u ( t) i ( t) d t 。 (6)式 (5)是 全 电 子 式 电 能 表 计 量 有 功 电 能 的 采 样数 值 计 算 方 法 。全 电 子 式 电 能 表 产 生 误 差 的 原 因 是 多 方 面 的 ,如 温 度 、 电 压 电 流 、 基 波 频 率 等 外 界 条 件 ;电 压 电 流变 换 线 路 组 件 的 分 散 性 ,电 能 量 计 算 的 方 法 等 。 上述 影 响 因 素 在 计 量 有 高 次 谐 波 的 电 能 时 均

11、存 在 。3 谐 波 情 况 下 电 能 计 量 分 析 和 比 较当 u ( t) 、 i ( t) 中 含 有 基 波 和 2 n 次 谐 波 分量 时 , u ( t) , i ( t) 可 表 示 为 各 次 谐 波 分 量 的 叠 加 :u ( t) = rnk = 12 U nsin ( n t + n) ; (7)i ( t) = rnk = 12 Insin ( n t + n) 。 (8)式 中 : U n 、 In 为 n 次 谐 波 电 压 、 电 流 的 有 效 值 ; 为 基 波 角 频 率 ; n 、 n 分 别 为 n 次 谐 波 电 压 、 电 流的 初 相 角

12、 。根 据 电 路 原 理 1 ,式 (2) 和 式 (6) 对 应 的 1 个 周期 T 内 的 平 均 功 率 、 有 功 电 能 还 可 表 示 为 :P = 1TT0u ( t) i ( t) d t = rnk = 1U nIncos n = rnk = 1Pn ; (9)W =T0u ( t) i ( t) d t = rnk = 1Pn T 。 (10)式 (9) 中 , Pn = U nIncos n 为 电 压 、 电 流 n 次 谐 波(或 基 波 )构 成 的 平 均 功 率 。 其 中 ,只 有 同 频 率 的 电压 与 电 流 谐 波 才 构 成 平 均 功 率 ;频

13、 率 不 同 的 电 压 与电 流 谐 波 只 构 成 瞬 时 功 率 ,不 能 构 成 平 均 功 率 。当 谐 波 存 在 时 ,作 为 贸 易 依 据 的 有 功 电 能 计 量应 该 将 负 载 消 耗 的 基 波 和 谐 波 有 功 能 量 (即 负 载 消耗 的 实 际 能 量 )都 准 确 记 录 下 来 ,即 式 (10)所 示 。从 工 作 方 式 和 误 差 特 性 分 析 可 知 ,电 磁 感 应 式电 能 表 是 以 基 波 为 参 比 条 件 进 行 设 计 制 造 ,只 能 在基 波 情 况 下 准 确 地 记 录 负 载 消 耗 的 有 功 电 能 ;在 谐波 存

14、 在 时 ,由 于 不 能 实 现 将 多 个 不 同 频 率 的 正 弦 电压 和 电 流 产 生 的 机 械 转 矩 相 叠 加 ,因 此 不 能 准 确 记录 负 载 消 耗 的 谐 波 有 功 能 量 。对 全 电 子 式 电 能 表 ,有 功 电 能 按 式 (5) 计 算 ,当采 样 时 间 间 隔 t 0 时 ,在 形 式 上 电 能 计 量 式 (6)与 在 谐 波 情 况 下 有 功 电 能 理 论 表 示 式 (10) 相 同 ;在数 值 计 算 时 由 于 电 子 电 能 表 的 CPU 能 够 将 含 有 多个 不 同 频 率 、 按 正 弦 规 律 变 化 的 电 压

15、 和 电 流 的 瞬 时值 分 别 采 样 并 作 运 算 ,因 此 有 效 地 记 录 了 负 载 的 瞬时 功 率 ,亦 即 记 录 瞬 间 消 耗 的 所 有 有 功 能 量 。 这 就从 原 理 上 证 实 全 电 子 式 电 能 表 实 现 记 录 负 载 消 耗基 波 和 谐 波 总 平 均 功 率 及 电 能 量 是 可 行 的 。因 单 方 向 全 电 子 式 电 能 表 将 负 载 (谐 波 源 ) 消耗 的 基 波 有 功 电 能 和 谐 波 源 (负 载 ) 向 电 网 返 送 的谐 波 有 功 电 能 (被 污 染 的 电 能 ) 进 行 了 代 数 相 加 ,使记 录

16、 的 电 能 量 比 负 载 消 耗 的 基 波 有 功 电 能 量 要 小 ,但 双 方 向 全 电 子 式 电 能 表 ,反 向 记 录 谐 波 电 能 ,其负 载 实 际 消 耗 电 能 应 是 正 反 向 所 记 录 电 能 之 和 。4 结 束 语a1 电 网 存 在 高 次 谐 波 时 ,对 电 能 计 量 的 准 确 性有 影 响 ,谐 波 含 量 愈 高 ,电 能 计 量 误 差 愈 大 ,当 谐 波含 量 满 足 国 标 规 定 时 ,误 差 影 响 微 小 。 当 谐 波 含 量超 过 国 标 规 定 时 ,因 谐 波 对 电 磁 感 应 式 电 能 表 的 误差 影 响

17、较 大 ,故 对 同 一 计 量 点 ,采 用 相 同 准 确 级 别的 全 电 子 式 电 能 表 和 电 磁 感 应 式 电 能 表 计 量 电 能量 是 有 较 大 差 别 的 。 当 谐 波 源 是 电 网 时 ,前 者 数 值较 大 ;当 谐 波 源 是 用 户 时 ,则 情 况 相 反 。b1 在 电 网 中 ,无 论 谐 波 流 向 如 何 ,负 载 本 身 不产 生 电 能 量 。 当 谐 波 从 负 载 流 向 电 网 时 实 际 上 是负 载 将 电 网 中 的 基 波 经 过 滤 波 和 整 流 后 形 成 的 谐波 电 流 反 送 回 电 网 ,也 就 是 说 ,谐 波

18、 产 生 的 功 率 与基 波 功 率 方 向 相 反 。 单 方 向 全 电 子 式 电 能 表 将 负载 (谐 波 源 )消 耗 的 基 波 有 功 电 能 和 谐 (下 转 第 103 页 )99第 1 期 戴 晓 洪 等 :电 力 谐 波 对 电 能 计 量 的 影 响 分 析 捷 制 造 的 1 个 尤 为 显 著 的 特 征 ,就 是 以 其 对 机 会 的迅 速 反 应 能 力 来 参 与 激 烈 的 市 场 竞 争 ,这 不 但 是 机械 的 、 无 思 想 的 计 算 机 所 不 能 担 负 的 工 作 ,而 且 也不 是 思 想 僵 化 、 被 动 接 受 指 令 的 职

19、工 或 一 般 模 式 中的 工 程 技 术 人 员 所 能 胜 任 的 。 敏 捷 制 造 需 要 具 有高 度 责 任 感 的 、 强 烈 事 业 心 和 创 造 性 思 维 的 高 素 质员 工 队 伍 。 敏 捷 制 造 中 ,人 的 作 用 尤 其 重 要 ,高 素质 科 技 人 才 队 伍 是 敏 捷 制 造 的 核 心 支 柱 。3. 2. 4 新 型 机 械 科 技 人 才 的 主 要 特 点新 型 机 械 科 技 人 才 是 素 质 与 能 力 的 统 一 。 机械 科 技 人 才 首 先 应 有 良 好 的 协 作 意 识 和 较 强 的 协作 能 力 ,具 备 吃 苦 耐

20、 劳 的 精 神 和 开 拓 创 新 的 意 识 ,这 是 机 械 科 技 人 才 的 思 想 品 质 基 础 和 内 在 动 力 。其 次 ,知 识 结 构 要 有 一 定 深 度 和 广 度 。 一 定 深 度 是要 求 机 械 设 计 人 才 应 既 能 掌 握 国 内 外 现 代 机 械 设计 理 论 及 方 法 ,并 有 一 定 的 理 论 研 究 能 力 。 一 定 广度 是 具 有 与 机 械 设 计 有 关 的 尽 可 能 宽 阔 的 其 它 学科 知 识 。 再 次 ,要 有 对 学 科 知 识 的 理 解 能 力 、 综 合组 织 能 力 、 出 色 的 形 象 思 维 能

21、 力 和 一 定 的 抽 象 思 维能 力 ,即 新 产 品 的 开 发 能 力 。 另 外 ,现 代 技 术 发 展已 不 是 1 人 或 少 数 人 就 能 完 成 某 项 开 发 任 务 的 时代 了 ,所 以 ,组 织 、 协 调 能 力 已 成 为 现 代 机 械 科 技 人才 重 要 的 必 不 可 少 的 能 力 。新 型 机 械 科 技 人 才 具 有 鲜 明 的 时 代 特 征 。 随着 科 技 进 步 和 经 济 的 飞 速 发 展 ,机 械 产 品 的 高 科 技含 量 增 加 ,新 材 料 新 工 艺 的 不 断 出 现 ,特 别 是 机 械与 电 脑 及 自 动 控

22、制 技 术 的 紧 密 结 合 ,使 机 械 向 智 能化 、 人 性 化 发 展 、 机 械 学 科 的 发 展 必 须 与 其 它 学 科的 发 展 同 步 。 其 它 学 科 的 快 速 发 展 必 将 推 动 机 械设 计 学 科 的 发 展 。 这 就 要 求 机 械 科 技 人 才 不 断 学习 新 理 论 、 掌 握 新 技 术 ,不 断 更 新 知 识 提 高 智 力 和创 新 能 力 ,在 学 习 和 创 新 实 践 中 不 断 创 造 新 知 识 。也 就 是 说 未 来 机 械 科 技 人 才 的 发 展 具 有 鲜 明 的 时代 特 征 ,只 有 紧 跟 时 代 步 伐

23、 ,不 断 进 取 ,争 取 走 在 时代 的 前 沿 ,才 是 具 有 现 实 意 义 的 人 才 。4 结 束 语机 械 制 造 业 和 机 械 制 造 技 术 是 我 国 最 重 要 的支 柱 产 业 与 关 键 技 术 。 随 着 时 代 的 进 步 和 科 技 的发 展 ,传 统 的 “ 机 械 ” 不 断 被 赋 予 新 的 内 涵 ,机 械 制造 业 进 入 高 技 术 领 域 ,机 械 制 造 技 术 高 技 术 化 成 为高 制 造 技 术 。 要 把 我 国 建 设 成 为 机 械 制 造 强 国 ,就要 大 力 发 展 高 技 术 领 域 的 高 制 造 技 术 ,提 高

24、 产 品 的高 科 技 含 量 。 培 养 高 素 质 的 技 术 工 人 队 伍 和 适 应制 造 业 发 展 要 求 的 新 型 机 械 制 造 科 技 人 才 是 目 前我 国 机 械 制 造 业 发 展 的 关 键 ,也 是 未 来 把 我 国 建 设成 为 机 械 制 造 强 国 的 必 由 之 路 。参 考 文 献 :1 中 国 机 械 工 程 学 会 . 机 械 制 造 技 术 的 发 展 及 其 高 技 术化 J . 中 国 制 造 业 信 息 化 ,2004 (5) .2 中 国 机 械 工 业 联 合 会 . 完 善 人 才 战 略 机 制 造 就 高 级 技工 队 伍 为

25、 机 械 工 业 发 展 振 兴 提 供 人 力 资 源 保 障 J . 中国 机 电 工 业 ,2003 (1) .3 靳 玉 柱 ,刍 议 机 械 设 计 人 才 J . 山 西 机 械 ,2000 (增刊 ) .4 李 梦 群 ,武 文 革 ,孙 厚 芳 . 21 世 纪 的 机 械 制 造 业 J . 机械 设 计 与 制 造 ,2003 (3) .5 申 桂 英 . 适 应 先 进 制 造 技 术 发 展 努 力 培 养 机 电 一 体化 人 才 J . 温 州 大 学 学 报 ,2001 (3) .责 任 编 辑 :薛 太 林 (上 接 第 99 页 )波 源 (负 载 )向 电

26、网 返 送 的 谐 波 有 功 电 能进 行 了 代 数 相 加 ,使 记 录 的 电 能 量 比 负 载 消 耗 的 基波 有 功 电 能 量 要 小 ,而 双 方 向 全 电 子 式 电 能 表 ,反 向能 记 录 谐 波 电 能 ,其 负 载 实 际 消 耗 电 能 应 是 正 反 向记 录 电 能 之 和 。c1 大 功 率 变 流 设 备 、 电 弧 炉 ,特 别 是 电 铁 牵 引等 产 生 高 次 谐 波 的 电 力 负 载 ,为 了 准 确 记 录 负 荷 消耗 的 有 功 电 能 ,应 采 用 双 方 向 全 电 子 式 电 能 表 ,并 将正 反 向 记 录 的 电 能 量

27、 绝 对 值 相 加 ,这 结 果 与 其 负 载消 耗 的 实 际 电 能 量 相 等 或 接 近 。d1 对 于 谐 波 超 标 的 电 网 和 电 力 用 户 ,为 了 合 理计 量 用 户 消 耗 的 有 功 电 能 ,宜 采 用 谐 波 电 能 表 ,或 者要 求 用 户 进 行 谐 波 治 理 ,符 合 国 标 GT/ 14549 - 93的 要 求 后 ,采 用 全 电 子 式 电 能 表 计 量 。参 考 文 献 :1 江 泽 佳 . 电 路 原 理 (第 三 版 ) M . 北 京 :高 等 教 育 出 版社 ,1992 :52 - 106.2 徐 萃 薇 . 计 算 方 法 引 论 (第 一 版 ) M . 北 京 :高 等 教 育出 版 社 ,1985 :83 - 147.责 任 编 辑 :王 琨 301第 1 期 吉 云 亮 等 :我 国 机 械 制 造 业 的 发 展 及 其 人 才 需 求 的 思 考