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电能计量中谐波的影晌及其治理分析

发布时间:2020-08-21   点击次数:281次

1 谐波对互感器的影响

  根据理论分析与实验证明互感器的频响特性和互感器的准确等级有关电流互感器 (TA)在lkHz的范围内幅频特性是平坦的,当频率低于20kHz时TA的幅度误差小于3%。但对电压互感器 (Tv)测试表明,当互感器的负载电阻为100时,各类电压互感器幅值误差达到3%的频率为1~6kHz。而且对奇次谐波而言。TV变比误差随谐波次数增加而非线性地大,TV的负载对其频响特性的影响无明显规律:对偶次谐波而言TV变比误差的非线性增加比奇次谐波时更快 。

2谐波对感应式电能表的影响

  感应式电能表是针对非常狭窄频率范围的正弦电流和电压波形而设计的。当频率与额定频率不同时,会引起电流、电压工作磁通幅值及它们之间相位角的改变,使驱动力矩、治理力矩、补偿力矩及铁芯损耗发生相对变化,从而引起感应式电能表计数误差的变化。感应式电能表频响曲线的平坦与否,对它在谐波功率下的计数影响甚大。频响特性曲线下降的原因是感应式电能表转盘涡流路径的 等效转盘阻抗及其阻抗角随频率增高而大所致。当电压和电流均发生畸变时产生了谐波功率,感应式电能表基本上忽略了5次以上的高次谐波功率。感应式电能表少计量3次谐波功率5%~30%、5次谐波功80%~95%。值得注意的是,谐波功率的潮流对感应式电能表的计量有很大影响。感应式电能表计量的电能值为:

 

  式中:E1、Eh的符号可正可负,由实际潮流方向确定,C1Ch为相应的基波、谐波的系数。C1=1、Ch,≤1,且随谐波次数的增加而减小。由式(1)可见,对于线性用户,基波和谐波潮流一致,感应式电能表少计量了用户消耗的电能,但计量的电能仍大于基波电能;对于非线性用户,用户自身向电网输送谐波分量,谐波潮流与基波潮流相反,感应式电能表计量的值大于用户消耗的电能而小于用户所消耗的基波电能。

3谐波对全电子式电能表的影响

  目前所釆用的全电子式电能表,其计量原理都是对电压、电流瞬时值进行采集积分。因此,当谐波存在时,只要测得的读数在误差允许范围内,可认为是基波和谐波有功电能的代数和。全电子式电能表的频响特性曲线相对平坦,可近似认为无衰减,其对谐波功率的响应和对基波功率的响应基本相同。分析表明,全电子式电能表把基波功率和谐波功率一同计量,在谐波存在情况下其计量误差比感应式电能表的误差要大。

4谐波的综合治理

4.1 滤波器治理方法

  谐波预防措施主要有2个:一个是选用谐波电流小的设备;另一个是对谐波电流进行治理。如果没有满足相应谐波限制标准的设备,就要附加谐波治理设备。简单的方法就是在谐波源负载处安装谐波滤波器,下面介绍滤波器的选择方法。

  (1) 设备级滤波器的选择:建议选择无源滤波器,因为无源滤波器的成本低,可靠性高(要求高于谐波源设备)。设计良好的无源滤波器能够保证THD<8%,并且在80%负荷条件下不会发出容性无功。如果谐波源的负荷工况大部分场合低于50%,无源滤波器会产生容性无功, 这时可以考虑有源滤波器。采用有源滤波器时,要选择电磁兼容特性良好的,因为有源滤波器的工作原理类似于变频器,输出以PWM电压波形为主的能量,如果没有经过良好的电磁兼容设计,会向电网注入较强的射频干扰形成新的干扰。

  (2) 分配电柜(盘)级滤波器的选择:建议选择有源滤波器,因为母线级的无源滤波器会产生较大的容性无功,而整流电路并不需要补偿容性无功功率。

  (3) 主配电柜(变压器下端)滤波器的选择:根据实际情况决定用有源滤波器还是无源滤波器。如果系统需要补偿无功功率,可以采用无源滤波器,一举两得。如果系统不需要补偿无功功率,选择有源滤波器。当然,也可以将两者结合起来,获得高的性价比,具体方法需要根据项目进行论证。

  谐波综合治理的目的是以低成本获得高的效益。这里,高的效益是从企业和电力公司2个角度来衡量的。过去,企业从事谐波治理是被动的,也就是说,是单纯为了满足供电企业的要求而采取谐波治理,但这样做实际上是为了保证大多数企业的用电利益。基于上面的理念,谐波治理应尽量在下游进行,这样企业内部电网获得效益高,而当内部电网改善后,供电企业所关注的公共电网的质量自然就得到了保证。

  4.2 综合治理方法

  在谐波源上进行谐波治理的优点是显然的。由于消除了谐波源,原来的配电系统就像工作在传统的线性负载条件下,没有任何隐患,制造系统几乎没有由于电压畸变导致的电磁兼容性风险。作为设计人员,无论进行配电系统的设计,还是进行制造系统的设计,都可以按照传统的规范进行设计,而不用考虑谐波带来的种种风险。虽然在非线性负载的电源入线端治理谐波是好的方案,但是这种方案可能成本较高,根据实际系统情况,可以釆用灵活的方案,也就是综合治理。

  (1)对于功率较大(例如22kW以上)的谐波源(变频 器、UPS及中频炉等),在这些设备的电源入口处治理。

  (2)在分配电柜,根据谐波电流的大小,决定是否需要采取治理,如果谐波电流畸变率超过20%,建议进行治理,使其达到10%以下。

  (3)在总配电柜(变压器的下端),根据谐波电流的情况,决定是否需要进行治理。浦常,以供电企业的标准作为依据,如果谐波电流超过标准要求就进行治理,否则不用治理。

5 安科瑞谐波治理产品选型 

5.1立柜式

 

  

型号(立柜式)

补偿电流

柜体尺寸

W×D×H (mm)

进出线方式

AN APF□ -380 /□ G □

30A~600A

800×1000×2200

(其他尺寸可定制)

穿铜排

下进下出

(其他方式可定制)


备注:具体尺寸按报价方案为准。

5.2模块化

壁挂式APF

型号

补偿电流

柜体尺寸

W×D×H (mm)

进出线方式

 

AN APF □-380 /□ B □

30A~60A

485*275*610

上进上出

 

75A~100A

485*240*615

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

抽屉式APF

型号

补偿电流

柜体尺寸

W×D×H (mm)

进出线方式


AN APF □-380 /□ C □

30A~60A

485*610*275

后进后出


75A~100A

485*615*215

6结束语

电能计量受谐波影响,给供用电双方带来了巨大的影响和损失。由于谐波造成了供电企业线损和电力营运企业非经营性成本的增加,所以加强谐波治理刻不容缓,供电企业和电力客户都应积极想方设法改善电网谐波状况。

参考文献

[1] 朱云鹤,李月林,江滔泓,林旭,凌鸣泉,谐波对电能计量的影响及其治理[J]技术应用

[2] 安科瑞电能质量监测与治理选型手册.2019.11版

[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版

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