谐波对电子式电能表计量的影响试验研究

谐波对电子式电能表计量的影响试验研究

麦锦生

广州广电计量检测股份有限公司广东广州510000

【摘要】谐波能够导致供电系统的电压、电流波形畸变，影响到电子式电能表的计量精准度。本文对电子式电能表在谐波影响下的计量进行了分析，研究了谐波对电子式电能表计量的影响试验，并对试验结果进行了详细的分析和介绍，为有关需要提供参考借鉴。

【关键词】谐波；电子式电能表；计量；影响

0引言

电能是我国国民经济的发展以及人们的日常生活中必须的能源。随着我国经济的发展，电力行业取得了极大的进步，电力电子技术的应用也日益广泛。当前，谐波大量注入电网，使电力系统电压、电流波形发生严重的畸变，并对电子式电能表的计量准确度造成了极大的影响。电子式电能表是电能计量的重要计量工具，其准确度关系到发电、供电与用电三方的经济利益。因此，研究谐波对电子式电能表计量的影响具有重要的现实意义。

1电子式电能表在电力谐波下的计量分析

电子式单相电能表的原理结构框图如图1所示，电流和电压作用于固态(电子)元件上，在一定时间内与产生的电能成正比，对于三相电子式电能表，各相电压、电流采样电流及其乘法器与电子式单相电能表相同，但在P/F变换前需加求和电路，将各相乘法器输出的信号相加后送到分频器变频。

电子式电能表的频率特性较为平坦，根据电子式电能表原理可知，在时间t内，谐波存在的情况下电子式电能表计量的电能值为：

W=[U1I1cosφ1+ΣUnIncos(φn+λn)]Tn=2，3，Λ

式中，λn为谐波功角偏移，由于电子式电能表的输入电路使不同频率的信号产生的相位偏移不同，导致在50Hz引入的相位补偿不能补偿其它频率的相位偏移，从而产生了λn，造成计量误差随着频率不同而不断变化，当系统中电压信号和电流信号仅有1个发生畸变，根据三角函数正交性可知电子式电能表出现测量误差，但误差变化应不大，当电压和电流信号都发生畸变时，电子式电能表测量误差仍然应不大，因此质量可靠的电子式电能表具有较宽的频率特性，能很好的反映出谐波影响下的总电能值。

2谐波对电子式电能表计量的影响试验研究

为证明上面的理论分析正确性，结合现行电能表国际、国家标准及国际建议对电能表的谐波影响要求，搭建电子式电能表谐波条件下计量影响试验平台，测试分析以上结论。

2.1试验准备

试验标准设备为FLUKE6145A电能功率标准源，支持四相系统，其能够复现谐波失真、调制谐波、间谐波、闪变和骤升骤降等，电压输出范围为0～1008V，电流为0～21A，具有(66ppm)/年的准确度，电压、电流谐波的输出最多次数可达到100次，尤其是其带有电能校准选件提供支持标准表法和瓦秒法电能校准技术，是目前世界上最先进的谐波源之一。

被试样品选择国内具有代表性的电能表制造商XX的三相四线制电子式交流电能表，型号为xxx，规格为220(380)V、1.5(6)A，准确度等级1级。

试验依据采用IEC62053-21《Electricitymeteringequipment(a.c.)-Particularrequirements-Part21Staticmetersforactiveenergy(classes1and2)》、OIMLR46-1/-2《Activeelectricalenergymeters.Part1：MetrologicalandtechnicalrequirementsPart2：Metrologicalcontrolsandperformancetests》、GB/T17215.321-2008《交流电测量设备特殊要求第21部分：静止式有功电能表(1级和2级)。

2.2试验结果及分析

试验分三项试验进行，即电压电流线路中的谐波分量、交流电路中的次谐波和交流电路中的奇次谐波影响试验，试验平台连接示意图如图2所示，FLUKE6145A的电压输出线路和电流输出线路分别与被测电能表的电压线路和电流线路相连，由FLUKE6145A产生各种需要试验的谐波波形进入被测电能表，被测电能表输出的电能脉冲进入FLUKE6145A脉冲输入端，FLUKE6145A具备电能测量功能，取代电能测量需要的标准电能表和脉冲比较器，直接显示电能测量误差。

2.2.1电压电流线路中的谐波

电压电流线路中的谐波分量试验分别测试电子式电能表在正弦波和有谐波影响下的基本误差值，比较在两种条件下的误差改变量。本项试验按照最新修订的国际建议要求进行试验，试验波形可以分别按照平波波形和尖波波形进行，平波波形试验电参量要求见表1，尖波试验波形见图3。

单次谐波的电压幅度不应超过0.12U1/h，电流幅度不应超过I1/h，h是谐波次数，U1和I1是基波电压和电流。电流的均方根值不应超过Imax，即对表1，基波电流I1不可以超过0.93Imax，电流最大值不应超过1.4Imax，对表2基波电流I1不应超过0.568Imax，谐波的幅值与相位与基波的电压电流幅值和相位有关。

2.2.2交流电路中的次谐波

交流线路中的次谐波试验是在正弦波电流和在2倍峰值正弦波电流及2个周期内交替有无电流条件下，试验电子式电能表的基本误差改变量。试验波形如图4，试验电流值是初始电流值的1.41倍，试验中要注意不应引入直流电流，整个试验中，电流峰值不应超过1.4倍Imax。

2.2.3交流电路中的奇次谐波

交流电路中的奇次谐波试验是试验电子式电能表在正弦波条件下和在2倍初始峰值并1/4和3/4周期内无波形的条件下的基本误差改变量。奇次谐波试验电流值应为初始正弦波有效值的1.41倍。在测试时，峰值电流不应超过1.4。

2.2.4试验结果

以上3项试验的试验结果如表2所示。

从表2可以看出，电子式电能表在电压电流线路中的谐波分量、交流电路中的次谐波和交流电路中的奇次谐波影响试验中对电能基本误差的影响都较小，谐波影响试验最大为交流电路中的奇次谐波，误差改变量最大为0.14%，近似为电能表准确度等级所对应最大允许误差的1/10，谐波分量和次谐波对电能计量都接近没有影响。

3结语

综上所述，电能计量关系到发电、供电及用电三方的经济利益，确保电能计量的准确、可靠具有十分重要的意义。而电子式电能表作为电能计量中使用的计量器具，研究谐波对电子式电能表计量的影响十分必要。相关研究人员要深入研究谐波对电子式电能表计量的影响，并结合研究结果优化电子式电能表的设计，从而确保电子式电能表电能计量的精确度，保障发电、供电及用电三方的经济利益。

参考文献：

[1]王丹.关于谐波对电子式电能表计量的影响分析[J].科技视界.2014(30)

[2]李守公.电力系统谐波对电子式电能表计量的影响[J].电子制作.2014(19)