非线性负荷下电能计量的实用化技术探讨

史小龙 丁嘉颖

摘 要：目前，已有许多学者研究了非线性负荷对电网电压、电流以及电能计量的影响，总体认为非线性负荷会产生大量谐波，引起电网电压、电流波形畸变，污染电网，并影响现有电能表电能计量的准确性，从而引起对非线性负荷下电能计量模式的合理性探讨。本文采用实验和挂网运行相结合的方法研究非线性负荷对现有电能表计量性能的影响，以探讨非线性负荷下合理的电能计量方式和用于非线性负荷下的电能表选型建议。

关键词：非线性负荷;电能计量;实用化技术

1 前言

电力系统中的负载按其特性可分为线性负载和非线性负载。线性负载的特点是参数不随电压或电流的变化而变化;非线性负载的特点则是参数随电压或电流的变化而变化。非线性负荷主要有以下几类：①铁磁饱和型，如变压器、电抗器等因铁磁饱和而呈现非线性特性;②电子开关类，如整流器、逆变器、晶闸管可控开关及家用电器等;③电弧型，如电弧炼钢炉、交流电焊机等。

2 非线性负荷对电能计量的影响

电力系统的有功功率分布情况如图 1 所示。

在电能计量方面，目前在非线性负荷场合普遍采用普通电子式电能表，普通电子式电能表计量有功功率采用基于 A/D 采样数据的平均瞬时功率方法，即有功功率为：

3 非线性负荷下的电能计量模式探讨

选取国内外同等级的电能表 3 款，分别为同时具有谐波、基波和全波电能计量功能的电能表 A、只有基波电能计量功能的电能表 B、只有全波电能计量功能的电能表 C，在实验室及挂网运行试验对这些电能表进行模拟电气化铁路负荷状态、平顶波和尖顶波非线性负荷条件下的性能比对和误差检测试验，定性地研究非线性负荷对电能计量的影响，评估各类电能表产品在非线性负荷下的计量性能，其原理框图如图 2 所示。

非线性负荷用户会产生与基波功率相反的谐波功率向电网馈送，但当谐波功率较小时，如满足GB/T 14549—1993《电能质量公用电网谐波》中的规定时，谐波对电能表的计量影响可不予考虑。当非线性负荷用户产生的谐波功率较大时，针对电力系统的不同用户或产生谐波的不同特点，分别计量基波电能和各次谐波电能，是很有必要的。这样既准确地考核用户实际消耗的电能（基波电能），又考核用戶是吸收还是送出谐波电能，有助于电力系统的电能计量管理和电能质量管理。

作者提出如式（2）所示的电能计量模式作为非线性负荷下电能计量的研究和探讨，参照 GB/T14549—1993，以总波形畸变率（THD）作为判断阀值来决定采用何种计量方法。

4 用于非线性负荷下的电能表选型建议

从电能计量出发，考虑到目前国内外还没有谐波电能计量的相关标准和溯源，用于非线性负荷场合的电能表选型需要考虑如下几个方面：

1）电能表应具有全波电能计量和基波、谐波电能计量两种计量模式，可同时全波电能计量和基波、谐波电能计量;

2）电能表应能计量 2～21 次谐波分量在内的正反向谐波电能;

3）电能表应具备总波形畸变率、谐波含有率、谐波超限等实时监测功能;

4）在检测和验收电能表时，应增加高次谐波影响试验、平顶波和尖顶波影响试验。

5 结语

1）通过用于实验模拟和挂网运行相结合的试验方法，验证了非线性负荷下普通电能表的全波电能计量模式存在计量不合理现象，会少计用户实际消耗的电能。

2）非线性负荷下的电能计量不宜采用统一的计量模式，应根据用户的谐波情况自动选择不同的计量方案。

3）目前，国内外还没有谐波电能计量的相关标准和量值溯源，需时刻关注和研究谐波电能计量相关技术，尤其是谐波电能计量应用技术，以提高非线性负荷下电能计量的准确性、公平性和公正性，维护供用电双方的合法权益。

参考文献

[1]邢颖，李宝树 .非线性负荷对电网电压和电流的影响[J].电气应用，2007，26（8）：25- 28 .

[2]张卓，骆盛军 .对谐波影响下的电能计量方式的探讨[J].广东电力，2002，15（4）：55- 57 .