谐波对电能计量的影响分析
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Ｉ 一 皇王研霾…………………………．
谮 波 对 电 能 计 量 的 髹 响 分 析
宁海供 电局
量仪表误差的变化情况 ，并提 出了提高测Байду номын сангаас精度的策略和建议。 【 关键词 】谐波 ；电能计量；感应武 电能表；误差
王庆娟
【 摘要 】介绍 了谐波产生的原 因及其对感应式 电能表和电子式 电能表的影响 ，从感应武 电能表和 电子 式电能表频率响应 曲线入手 ，分析 了由于谐波 的存在 而引起 的电能计
＝
（ １ ） 感应式 电能表 的计 量误差 频率特性 曲 线 呈迅速下 降趋 势 ，即感应 式 电能表在 计量高
（ ２ ） 反 映基波 和谐波 功率 ：如宽 频带 的电 子式 电能表；根据研 究结果表 明， 电子式 电能 表是 宽频带计量仪表 ，因此 电子 式 电能表近似
（ １ ） 电能表相 同， 电子式 电能表计量误差 随着谐波 （ ２ ） 计 量 基波 电 能 ， 即 。 （ ２ ） 转 动元件 由铝质 转盘 和竖转轴 用合 金 频次的升高 而增加 ，但 总体来看 ，电子式 电能 １ ） 若 以全能量作 为计量的标准 ，感 应式 电 压铸在一起组成 。 表计量误差 比感应式 电能表计量误差 小得多 ， 能表 的误差为 ： （ ３ ） 制 动 装置 由永 久 磁铁 与 圆型 铝 盘 构 ２ ０ 次谐波频率特性误差值不超过４ ％ 。 ％： ×１ ｏ ｏ ％ （ １ ２ ） 成 ，大小正 比于铝盘 的转速 ： ３ ． ３ 感应 式电能表和 电子式 电能表 的误差 Ｍ６ ＝Ｋ ２ ｎ （ ２ ） 频率特 性比较 ２ ） 当 以基波 电能作为计量标准 时，感应式 当转 动力矩 与制动 力矩 相等 的时 候 通过两者 的频率特性可 以看 出：感应式 电 电能表 的误差为 ： ％ ：— ｗ －ｗ ， 铝 盘将 以匀速 转动 ，此转 速Ｎ 正 比于 电路 的功 能表随着 高次谐波 的增 加，误差频率 特性 曲线 × １ ０ ０ ％ （ １ ３ ） 率： 衰减很严重 ，而 电子 式电能表 的误差 频率 曲线 则相对平坦 ，这说 明电子式 电能表 具有较宽 的 当谐波功率为正时： Ｎ： ：ｋ Ｐ ｋ ， 频率响应特性 。 ％ 竺Ｌ （ １ ４ ） × ＞ … １ ００ ％ ０ （ ４ ） 计数 装置是一 个十进 制的机 械式计 数 以上分析 可 以得 出：感应 式 电能表有迅速 器 ，用来记录铝盘转数 。 下降 的误差频率特性 ，使得感应 式电能表只 能 即谐波功率 与基 波功率方 向相 同时，谐波
一
特性 系数 ，由于感应式 电能表有 下降 的 频 率 特 性 ，故 有 Ｋ ＜ １
一
模型可表示为： 频 电能误差时 ，会 出现 负误差 ； Ｗ＝ ＋ （ ９ ） （ ２ ） 计量 误差随频 率 的增高而 增大 ；当频 （ ３ ） 只能反 映基波 功率 ，不能反 映谐波 功 率 为１ ０ ０ ０ Ｈ ｚ 左右 时，误差超 过了一 ９ ０ ％ ； 率 ；目前这种 电能表还未在商业上推广应用 。 电能表 由 电磁元 件 （ 包括 电压元件和 电流 （ ３ ） 不 同功率 因数下 的误差值 有一定 的差 （ １ Ｏ ） 元件 ） ，转动 元件 ，制动元件 ，计度元件 ，轴 异 。 ４ ． ２ 两种 电能计量标准及 计量误 差分 析 承等构成 。 ３ ． ２ 电子 式电能表 的误差频 率特性 如 上所述 ，两种计 量方 式分别 为： （ １ ） 驱 动 装 置 由 电压 电磁 铁 、 电流 电 磁 铁 电子式 电能表 的误差频率特性 曲线从参考 （ １ ） 计 量 全 能 量 ，可 表 示为 ： 和装 于轴上 的铝质 圆盘构成 。用 来产生驱动 力 资料上可 以见得 Ｊ 。随着频 率升高 ，误 差值增 （ １ １ ） 矩 ，驱动力矩正 比于被测 电路消耗的功率： 大，整个 曲线 近似为 一个 二次 曲线 。和 感应式 式中 Ｈ 一 全 能量 。
根据 已经建 立 的感 应式 电能表 频 率特 性 模 型，采用Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 数学工 具软件模拟仿 真， 将 数据直接进 行图形化处理 ，可 以直观 方便地 展 示输入 、输 出之间 的关 系。通过程序 绘制图 形 ，可 以得到感应 式 电能表 的误差频率特 性 曲
线。
式 中 一基波 电能 谐 波 电能
１ 引言
随 着 电力 电子 技 术在 各工 业 部 门和用 电 设备 中的广泛应用 ，现代工业生产 设备中使用 的 交 直 流 换 流 设 备 、 电 子 调 压 设 备 、 电弧 炉 、 感应炉 以及家用 的照明和加热设备 ，都会产生 大量 的谐 波 电流而注入 电网 ，这将使 得 电力系 统 中的电压和 电流波 形发生严重 的畸变，使 电 能质量 下降 ，对输 电设备、测量仪器 、通讯设 备 、计量仪表等都将产生不同程度的影响 ］ 。 ２ ． 电能表的计量原理 ２ ． １感应式 电能表 结构及工作原理
— ～
Ｍ ：ｋ ｌ Ｐ
ｔ
ｔ ｔ
ｔ ｔ
Ｎ ＝ ｌ 诎＝ ｋ ＼ Ｐ ｄ ｌ ： ｋ Ｅ
ｆ ２ ， ２
Ｅ ： Ｌ Ｎ： Ｃ Ｎ
ｋ
（ ５ ）
计量谐波 的一 部分。若 以 表 示基波 电能 ，ｗｎ 表示谐波 电能，Ｗ 表示 电能表所计量 的电能 ， 则感应式 电能表反映 电能值近似可表示为 ：
Ｗ Ｗ ｚ ＋ ∑Ｋ （ ６ ）
功率 由系统注 入用户 ，用户 电能表计量 电能大 于基波电能。
当谐波功率为负时 ，则：
Ｃ 称为 电能表 常数。铝盘转数乘 以常数Ｃ 就 是 被 测 电路 消耗 的 电 能 。 ２ ． ２ 电子式 电能表工作原理 电子 式 电 能表 的结 构 主要 包括 ：输 入 部
谮 波 对 电 能 计 量 的 髹 响 分 析
宁海供 电局
量仪表误差的变化情况 ，并提 出了提高测Байду номын сангаас精度的策略和建议。 【 关键词 】谐波 ；电能计量；感应武 电能表；误差
王庆娟
【 摘要 】介绍 了谐波产生的原 因及其对感应式 电能表和电子式 电能表的影响 ，从感应武 电能表和 电子 式电能表频率响应 曲线入手 ，分析 了由于谐波 的存在 而引起 的电能计
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（ １ ） 感应式 电能表 的计 量误差 频率特性 曲 线 呈迅速下 降趋 势 ，即感应 式 电能表在 计量高
（ ２ ） 反 映基波 和谐波 功率 ：如宽 频带 的电 子式 电能表；根据研 究结果表 明， 电子式 电能 表是 宽频带计量仪表 ，因此 电子 式 电能表近似
（ １ ） 电能表相 同， 电子式 电能表计量误差 随着谐波 （ ２ ） 计 量 基波 电 能 ， 即 。 （ ２ ） 转 动元件 由铝质 转盘 和竖转轴 用合 金 频次的升高 而增加 ，但 总体来看 ，电子式 电能 １ ） 若 以全能量作 为计量的标准 ，感 应式 电 压铸在一起组成 。 表计量误差 比感应式 电能表计量误差 小得多 ， 能表 的误差为 ： （ ３ ） 制 动 装置 由永 久 磁铁 与 圆型 铝 盘 构 ２ ０ 次谐波频率特性误差值不超过４ ％ 。 ％： ×１ ｏ ｏ ％ （ １ ２ ） 成 ，大小正 比于铝盘 的转速 ： ３ ． ３ 感应 式电能表和 电子式 电能表 的误差 Ｍ６ ＝Ｋ ２ ｎ （ ２ ） 频率特 性比较 ２ ） 当 以基波 电能作为计量标准 时，感应式 当转 动力矩 与制动 力矩 相等 的时 候 通过两者 的频率特性可 以看 出：感应式 电 电能表 的误差为 ： ％ ：— ｗ －ｗ ， 铝 盘将 以匀速 转动 ，此转 速Ｎ 正 比于 电路 的功 能表随着 高次谐波 的增 加，误差频率 特性 曲线 × １ ０ ０ ％ （ １ ３ ） 率： 衰减很严重 ，而 电子 式电能表 的误差 频率 曲线 则相对平坦 ，这说 明电子式 电能表 具有较宽 的 当谐波功率为正时： Ｎ： ：ｋ Ｐ ｋ ， 频率响应特性 。 ％ 竺Ｌ （ １ ４ ） × ＞ … １ ００ ％ ０ （ ４ ） 计数 装置是一 个十进 制的机 械式计 数 以上分析 可 以得 出：感应 式 电能表有迅速 器 ，用来记录铝盘转数 。 下降 的误差频率特性 ，使得感应 式电能表只 能 即谐波功率 与基 波功率方 向相 同时，谐波
一
特性 系数 ，由于感应式 电能表有 下降 的 频 率 特 性 ，故 有 Ｋ ＜ １
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模型可表示为： 频 电能误差时 ，会 出现 负误差 ； Ｗ＝ ＋ （ ９ ） （ ２ ） 计量 误差随频 率 的增高而 增大 ；当频 （ ３ ） 只能反 映基波 功率 ，不能反 映谐波 功 率 为１ ０ ０ ０ Ｈ ｚ 左右 时，误差超 过了一 ９ ０ ％ ； 率 ；目前这种 电能表还未在商业上推广应用 。 电能表 由 电磁元 件 （ 包括 电压元件和 电流 （ ３ ） 不 同功率 因数下 的误差值 有一定 的差 （ １ Ｏ ） 元件 ） ，转动 元件 ，制动元件 ，计度元件 ，轴 异 。 ４ ． ２ 两种 电能计量标准及 计量误 差分 析 承等构成 。 ３ ． ２ 电子 式电能表 的误差频 率特性 如 上所述 ，两种计 量方 式分别 为： （ １ ） 驱 动 装 置 由 电压 电磁 铁 、 电流 电 磁 铁 电子式 电能表 的误差频率特性 曲线从参考 （ １ ） 计 量 全 能 量 ，可 表 示为 ： 和装 于轴上 的铝质 圆盘构成 。用 来产生驱动 力 资料上可 以见得 Ｊ 。随着频 率升高 ，误 差值增 （ １ １ ） 矩 ，驱动力矩正 比于被测 电路消耗的功率： 大，整个 曲线 近似为 一个 二次 曲线 。和 感应式 式中 Ｈ 一 全 能量 。
根据 已经建 立 的感 应式 电能表 频 率特 性 模 型，采用Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 数学工 具软件模拟仿 真， 将 数据直接进 行图形化处理 ，可 以直观 方便地 展 示输入 、输 出之间 的关 系。通过程序 绘制图 形 ，可 以得到感应 式 电能表 的误差频率特 性 曲
线。
式 中 一基波 电能 谐 波 电能
１ 引言
随 着 电力 电子 技 术在 各工 业 部 门和用 电 设备 中的广泛应用 ，现代工业生产 设备中使用 的 交 直 流 换 流 设 备 、 电 子 调 压 设 备 、 电弧 炉 、 感应炉 以及家用 的照明和加热设备 ，都会产生 大量 的谐 波 电流而注入 电网 ，这将使 得 电力系 统 中的电压和 电流波 形发生严重 的畸变，使 电 能质量 下降 ，对输 电设备、测量仪器 、通讯设 备 、计量仪表等都将产生不同程度的影响 ］ 。 ２ ． 电能表的计量原理 ２ ． １感应式 电能表 结构及工作原理
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Ｍ ：ｋ ｌ Ｐ
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Ｎ ＝ ｌ 诎＝ ｋ ＼ Ｐ ｄ ｌ ： ｋ Ｅ
ｆ ２ ， ２
Ｅ ： Ｌ Ｎ： Ｃ Ｎ
ｋ
（ ５ ）
计量谐波 的一 部分。若 以 表 示基波 电能 ，ｗｎ 表示谐波 电能，Ｗ 表示 电能表所计量 的电能 ， 则感应式 电能表反映 电能值近似可表示为 ：
Ｗ Ｗ ｚ ＋ ∑Ｋ （ ６ ）
功率 由系统注 入用户 ，用户 电能表计量 电能大 于基波电能。
当谐波功率为负时 ，则：
Ｃ 称为 电能表 常数。铝盘转数乘 以常数Ｃ 就 是 被 测 电路 消耗 的 电 能 。 ２ ． ２ 电子式 电能表工作原理 电子 式 电 能表 的结 构 主要 包括 ：输 入 部