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電能計量中諧波的影晌及其治理分析

更新時間：2020-08-21 點擊次數：1267次

1 諧波對互感器的影響

　　根據理論分析與實驗證明，互感器的頻響特性和互感器的準確等級有關。電流互感器 (TA)在lkHz的范圍內幅頻特性是平坦的，當頻率低于20kHz時，TA的幅度誤差小于3％。但對電壓互感器 (Tv)測試表明，當互感器的負載電阻為100時，各類電壓互感器幅值誤差達到3％的頻率為1~6kHz。而且對奇次諧波而言。TV變比誤差隨諧波次數增加而非線性地變大，TV的負載對其頻響特性的影響無明顯規律：對偶次諧波而言，TV變比誤差的非線性增加比奇次諧波時更快。

2諧波對感應式電能表的影響

　　感應式電能表是針對非常狹窄頻率范圍的正弦電流和電壓波形而設計的。當頻率與額定頻率不同時,會引起電流、電壓工作磁通幅值及它們之間相位角的改變，使驅動力矩、治理力矩、補償力矩及鐵芯損耗發生相對變化，從而引起感應式電能表計數誤差的變化。感應式電能表頻響曲線的平坦與否，對它在諧波功率下的計數影響甚大。頻響特性曲線下降的原因是感應式電能表轉盤渦流路徑的等效轉盤阻抗及其阻抗角隨頻率增高而變大所致。當電壓和電流均發生畸變時產生了諧波功率，感應式電能表基本上忽略了5次以上的高次諧波功率。感應式電能表少計量3次諧波功率5%~30%、5次諧波功率80%~95%。值得注意的是，諧波功率的潮流對感應式電能表的計量有很大影響。感應式電能表計量的電能值為：

　　式中：E1、Eh的符號可正可負,由實際潮流方向確定，C1、Ch為相應的基波、諧波的系數。C1=1、Ch,≤1,且隨諧波次數的增加而減小。由式(1)可見，對于線性用戶，基波和諧波潮流一致，感應式電能表少計量了用戶消耗的電能，但計量的電能仍大于基波電能；對于非線性用戶，用戶自身向電網輸送諧波分量，諧波潮流與基波潮流相反，感應式電能表計量的值大于用戶消耗的電能而小于用戶所消耗的基波電能。

3諧波對全電子式電能表的影響

　　目前所釆用的全電子式電能表，其計量原理都是對電壓、電流瞬時值進行采集積分。因此，當諧波存在時，只要測得的讀數在誤差允許范圍內，可認為是基波和諧波有功電能的代數和。全電子式電能表的頻響特性曲線相對平坦，可近似認為無衰減，其對諧波功率的響應和對基波功率的響應基本相同。分析表明，全電子式電能表把基波功率和諧波功率一同計量,在諧波存在情況下其計量誤差比感應式電能表的誤差要大。

4諧波的綜合治理

4.1 濾波器治理方法

　　諧波預防措施主要有2個：一個是選用諧波電流小的設備;另一個是對諧波電流進行治理。如果沒有滿足相應諧波限制標準的設備，就要附加諧波治理設備。簡單的方法就是在諧波源負載處安裝諧波濾波器，下面介紹濾波器的選擇方法。

　　(1) 設備級濾波器的選擇：建議選擇無源濾波器，因為無源濾波器的成本低，可靠性高(要求高于諧波源設備)。設計良好的無源濾波器能夠保證THD<8%,并且在80%負荷條件下不會發出容性無功。如果諧波源的負荷工況大部分場合低于50%,無源濾波器會產生容性無功，這時可以考慮有源濾波器。采用有源濾波器時，要選擇電磁兼容特性良好的，因為有源濾波器的工作原理類似于變頻器，輸出以PWM電壓波形為主的能量，如果沒有經過良好的電磁兼容設計，會向電網注入較強的射頻干擾，形成新的干擾。

　　(2) 分配電柜(盤)級濾波器的選擇：建議選擇有源濾波器，因為母線級的無源濾波器會產生較大的容性無功，而整流電路并不需要補償容性無功功率。

　　(3) 主配電柜(變壓器下端)濾波器的選擇：根據實際情況決定用有源濾波器還是無源濾波器。如果系統需要補償無功功率，可以采用無源濾波器，一舉兩得。如果系統不需要補償無功功率，選擇有源濾波器。當然，也可以將兩者結合起來，獲得高的性價比，具體方法需要根據項目進行論證。

　　諧波綜合治理的目的是以低成本獲得高的效益。這里，高的效益是從企業和電力公司2個角度來衡量的。過去，企業從事諧波治理是被動的，也就是說，是單純為了滿足供電企業的要求而采取諧波治理，但這樣做實際上是為了保證大多數企業的用電利益?；谏厦娴睦砟睿C波治理應盡量在下游進行,這樣企業內部電網獲得效益高，而當內部電網改善后，供電企業所關注的公共電網的質量自然就得到了保證。

　　4.2 綜合治理方法

　　在諧波源上進行諧波治理的優點是顯然的。由于消除了諧波源，原來的配電系統就像工作在傳統的線性負載條件下，沒有任何隱患，制造系統幾乎沒有由于電壓畸變導致的電磁兼容性風險。作為設計人員，無論進行配電系統的設計，還是進行制造系統的設計，都可以按照傳統的規范進行設計，而不用考慮諧波帶來的種種風險。雖然在非線性負載的電源入線端治理諧波是好的方案，但是這種方案可能成本較高，根據實際系統情況，可以釆用靈活的方案，也就是綜合治理。

　?。?）對于功率較大（例如22kW以上）的諧波源（變頻器、UPS及中頻爐等），在這些設備的電源入口處治理。

　?。?）在分配電柜，根據諧波電流的大小，決定是否需要采取治理，如果諧波電流畸變率超過20%,建議進行治理，使其達到10%以下。

　?。?）在總配電柜（變壓器的下端），根據諧波電流的情況，決定是否需要進行治理。浦常，以供電企業的標準作為依據，如果諧波電流超過標準要求就進行治理，否則不用治理。

5 安科瑞諧波治理產品選型

5.1立柜式

型號(立柜式)

補償電流

柜體尺寸

W×D×H (mm)

進出線方式

AN APF□ -380 /□ G □

30A~600A

800×1000×2200

（其他尺寸可定制）

穿銅排

下進下出

（其他方式可定制）

備注：具體尺寸按報價方案為準。

5.2模塊化

壁掛式APF	型號	補償電流	柜體尺寸 W×D×H (mm)	進出線方式
	AN APF □-380 /□ B □	30A~60A	485275610	上進上出
	AN APF □-380 /□ B □	75A~100A	485240615	上進上出