電能計(jì)量技術(shù)論文
電能計(jì)量技術(shù)論文
電能計(jì)量是現(xiàn)代電力營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的電能量結(jié)算是依靠人工定期到現(xiàn)場(chǎng)抄讀數(shù)據(jù)，在實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和應(yīng)用性等方面都存在不足。學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的電能計(jì)量技術(shù)論文，希望你們喜歡。
電能計(jì)量技術(shù)論文篇一
淺析電能計(jì)量
中圖分類(lèi)號(hào)：R363.1+24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
一、諧波功率和諧波源的含義
眾所周知，在實(shí)際的配電網(wǎng)絡(luò)中電壓和電流波形不是真正意義上的正弦波形，其都不同程度的存在諧波含量。由于有諧波電流和諧波電壓，當(dāng)然還有諧波功率。類(lèi)似于基波的情況，諧波也存在著有功功率和無(wú)功功率，其中有功功率對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行有直接影響，而無(wú)功功率則有助于分析和研究諧波條件和濾波措施。
諧波有功功率產(chǎn)生于各種諧波源。但是，對(duì)于任何一個(gè)諧波源而言，它們無(wú)法發(fā)出各種諧頻，一般只發(fā)出幾個(gè)主要諧波頻率特征的諧波功率，在其他諧頻上也可以從其他渠道吸收一些諧波功率。諧波源發(fā)出的諧波功率凈值通常為正值，主要諧波源是諧波電流源。換言之，即使他們的端電壓是正弦波形，電流也未必是正弦波。當(dāng)電源連接到基波就必須要強(qiáng)制反饋諧波電流到電力系統(tǒng)中。因此，用電時(shí)基波功率不完全是為自身消耗，而是轉(zhuǎn)為諧波功率，并被迫返回到電源系統(tǒng)。用戶接入配電系統(tǒng)只需要接受有效率的基波功率，而諧波功率不僅不是多余的，甚至?xí)?dǎo)致發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器等發(fā)熱的不利影響。
二、諧波產(chǎn)生的方式
在電力電子裝置出現(xiàn)以前，變壓器是主要的諧波源，它是以3次諧波為主的奇次諧波，其量值很小，是很有限的諧波源。目前由變壓器所產(chǎn)生的諧波由于量少已退居很次要的地位，而各種電力電子裝置已成為最主要的諧波源，并且還是豐富的多次諧波的組合。電力電子技術(shù)的應(yīng)用不外乎采用整流二極管作整流器件，把交流電變換成直流電，因此整流二極管工頻整流也就成為電力電子的最基本、最普遍的電能形態(tài)AC/DC變換形式。眾所周知，像一般的開(kāi)關(guān)電源電子整流器及變頻調(diào)速器、直流電力機(jī)車(chē)、電化學(xué)工業(yè)整流等裝置，都優(yōu)先采用橋式整流器和大電容器濾波作為AC/DC變換器，由于大容量濾波電容器的存在，使二極管的導(dǎo)通角變得很小，只在交流電壓正弦波的最大值附近才開(kāi)始導(dǎo)通，因此造成交流輸入電流波形嚴(yán)重畸變，三次諧波有時(shí)可能超過(guò)基波以上，呈窄尖峰脈沖(圖1)，故線路功率因數(shù)極低，通常在0.6以下
由非線性整流元件使輸入交流線路上的電流is不再是交流正弦波形。利用傅立葉公式對(duì)周期畸變波形作頻域變換，交流進(jìn)線電流is可以表示為工頻基波分量(i)s(1如圖1中虛線所示)和與頻率為工頻整數(shù)倍的諧波分量(還有次諧波分量)之和。假定電源電壓為純正弦波，則僅有基波電流才可能傳輸平均功率，因?yàn)樗鼈冾l率相同，相位不等于90°，產(chǎn)生的平均功率不為零。這種情況下這里整流器的平均輸出功率等于電源電壓均方根值和進(jìn)線電流基波均方根值(i)1的乘積，再乘以(i)1滯后于US的相位角1的余弦cos1。即：
P=U(si)1cos1
視在功率為：S=USIS，其中US、IS都是有效值。
功率因數(shù)定義為：PF=有功功率視在功率=PS
當(dāng)進(jìn)線電流is畸變嚴(yán)重，則電流比值(i)s1/Is就越小，即使相移功率因數(shù)DPF接近于單位1，整流器的功率因數(shù)PF仍然很低。在AC/DC變換電路中，略去諧波電流的二次效應(yīng)，可以認(rèn)為輸入電壓為正弦，輸入電流為非正弦，這里電流有效值為：
式中，(Is)n是第n次諧波電流的有效值。設(shè)基波電流滯后輸入電壓的角度為1，則：
式中，K[d=(Is)/Is]是電流波形畸變因子;K(d=cos1)是相移因數(shù)，即功率因數(shù)為電流波形畸變因子與相移因數(shù)之乘積。
在電網(wǎng)中由于供電線路和變壓器總要大于用電器的功率消耗，因此任何線路上的電壓畸變總要比電流畸變小得多。凡是電流畸變較大，總諧波(THD)大的負(fù)載，那么它的功率因數(shù)肯定是很低的。但要注意記住，反過(guò)來(lái)就不一定了。有經(jīng)驗(yàn)的電氣專(zhuān)業(yè)人員只要測(cè)量到用電器的功率因數(shù)接近1時(shí)，就可以肯定此電路中的諧波含量很小。功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)是抑制波形畸變、減小諧波含量和提高線路功率因數(shù)行之有效的方法。APFC是有源功率因數(shù)校正技術(shù)，對(duì)輸出300 W以上的各種電源變換器均需要采用APFC技術(shù)來(lái)提高功率因數(shù)。
三、諧波對(duì)電能計(jì)量裝置的誤差影響
1、電磁感應(yīng)式電能表
傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)式電能表是按照基波來(lái)設(shè)計(jì)的。當(dāng)除基波外還有高次諧波分量電壓和電流時(shí)，電能表的電壓線圈的阻抗和旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)阻抗發(fā)生變化，導(dǎo)致工作電壓磁通和電流磁通發(fā)生變化，電磁轉(zhuǎn)盤(pán)的驅(qū)動(dòng)力也發(fā)生變化，由此產(chǎn)生了電能表的計(jì)量誤差。與此同時(shí)，由于諧波和基波的相互疊加的形式存在，波形發(fā)生畸變，而電壓和電流線圈的鐵心是非線性的，磁通不能隨波形的變化相應(yīng)成線性變化。根據(jù)電路理論可知，只有在相同頻率電壓和電流相互作用時(shí)才產(chǎn)生平均功率。電能表在畸變的電壓和電流通過(guò)電磁元件之后，磁通不與波形發(fā)生對(duì)應(yīng)的變化，導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩不能與平均功率成正比例，即：電磁感應(yīng)式電能表在諧波存在時(shí)由于不能將不同頻率的正弦電壓和電流產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩疊加，不能計(jì)量諧波有功電能，從而產(chǎn)生計(jì)量誤差。
2、全電子式電能表
全電子式電能表在進(jìn)行數(shù)值計(jì)算時(shí)，CPU可以將包含不同頻率的且按照正弦規(guī)律變化的電壓和電流的瞬時(shí)值分別采樣計(jì)算。從理論上分析，這樣的計(jì)算方法能有效地記錄負(fù)載基波和諧波的總平均功率耗用值和電量。然而，受諧波電流的流動(dòng)方向的影響(與負(fù)載電流的方向相反)，當(dāng)諧波是從負(fù)載流向電網(wǎng)時(shí)，由于全電子式電能表是將基波有功電能和諧波有功電能進(jìn)行代數(shù)和，這時(shí)記錄下來(lái)的電能量比負(fù)載所消耗的基波電能還要小，這是該電能表的最大缺點(diǎn)。另外全電子式電能表產(chǎn)生誤差的原因是多方面的，如溫度、電壓電流、頻率等外界條件，電壓電流變換組件的分散性，電能量的計(jì)算方法等等。這些方面的影響在存在高次諧波時(shí)均存在著。
四、諧波環(huán)境下準(zhǔn)確合理的電能計(jì)量方法
要對(duì)諧波環(huán)境下電能進(jìn)行準(zhǔn)確的合理計(jì)量，主要出發(fā)點(diǎn)在于區(qū)分基波(有用)功率與諧波(無(wú)用)功率。采用的方法主要有：
1、采用頻率陡降的電能表(基波電能表)，僅能計(jì)量基波功率此時(shí)，僅對(duì)線性負(fù)荷有效，無(wú)法對(duì)非線性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波進(jìn)行計(jì)量
2、采用分頻技術(shù)分別計(jì)量基波電能與諧波電能及其方向，并利用電費(fèi)杠桿進(jìn)行調(diào)節(jié)。用戶電費(fèi)由3部分構(gòu)成，即基波(實(shí)際有用的)電費(fèi)，產(chǎn)生或發(fā)出諧波電能所應(yīng)承擔(dān)的懲罰性電費(fèi)，能吸收或消耗諧波電能所獲得的獎(jiǎng)勵(lì)性電費(fèi)。
3、采取技術(shù)和管理2方面的措施，加強(qiáng)對(duì)非線性負(fù)荷的準(zhǔn)入制度，切實(shí)抑制諧波含量。當(dāng)諧波含量在允許的范圍內(nèi)時(shí)，電能計(jì)量的準(zhǔn)確性能得到保證。傳統(tǒng)定義認(rèn)為，諧波電壓(諧波電流)與基波電壓(電流)共同構(gòu)成有效電壓(電流)，諧波功率與基波功率共同構(gòu)成有效功率。因此，要求常規(guī)電壓(電流)表及有功功率表的頻率特性以固定不變?yōu)槔硐?。其?shí)質(zhì)是將諧波量與基波量同等看待，即諧波影響常規(guī)儀表測(cè)量的要害是不能準(zhǔn)確反映工頻(基波)電氣量。在諧波環(huán)境下，這種觀念在對(duì)電能進(jìn)行計(jì)量時(shí)是不合理的，計(jì)量的準(zhǔn)確性愈高則愈不合理。采用分頻技術(shù)制成的電能表可有效解決這一問(wèn)題。
五、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，諧波不僅影響了輸配電和用戶電力設(shè)備的正常使用，致使用戶的無(wú)功功率電費(fèi)支出增加，而且對(duì)其他設(shè)備元件也產(chǎn)生了危害。在計(jì)量回路中應(yīng)用新型的基波電能表，采用分頻技術(shù)分別計(jì)量基波電能和諧波電能，加強(qiáng)非線性負(fù)荷的準(zhǔn)入制度，將大大降低諧波帶來(lái)的電能計(jì)量誤差，維護(hù)好企業(yè)和用戶的利益。
電能計(jì)量技術(shù)論文篇二
現(xiàn)代電能計(jì)量技術(shù)分析
摘 要：文章分析了電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，從電能表、采集器和集中器，以及通信信道等方面闡述了電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)。
關(guān)鍵詞：電計(jì)量;自動(dòng)化;解析
中圖分類(lèi)號(hào)：TM92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1009-9166(2010)029(C)-0079-02
電能計(jì)量是現(xiàn)代電力營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的電能量結(jié)算是依靠人工定期到現(xiàn)場(chǎng)抄讀數(shù)據(jù)，在實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和應(yīng)用性等方面都存在不足。而用電客戶不僅要求有電用，而且要求用高質(zhì)量的電，享受到更好的服務(wù)。因此提高電力部門(mén)電費(fèi)實(shí)時(shí)性結(jié)算水平，建立一種新型的抄表方式已成為所有電力部門(mén)的共識(shí)。
一、電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)的構(gòu)成和特點(diǎn)
1、前端采集子系統(tǒng)
按照采集數(shù)據(jù)的方式不同，電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)可分為本地自動(dòng)抄表系統(tǒng)和遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)兩種。
本地自動(dòng)抄表系統(tǒng)的電能表一般加裝紅外轉(zhuǎn)換裝置，把電量轉(zhuǎn)換為紅外信號(hào)，抄表時(shí)操作人員到現(xiàn)場(chǎng)使用便攜式抄表微型計(jì)算機(jī)，非接觸性地讀取數(shù)據(jù)。
遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)由電子式電能表或加裝了光電轉(zhuǎn)換器的機(jī)電脈沖式電能表構(gòu)成系統(tǒng)的最前端，它們把用戶的用電量以電脈沖的形式傳遞給上一級(jí)數(shù)據(jù)采集裝置。目前實(shí)際應(yīng)用的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)大多采用兩級(jí)式數(shù)據(jù)匯集結(jié)構(gòu)，即由安裝于用戶生活小區(qū)單元的采集器收集十幾到幾十個(gè)電能表的讀數(shù)，而安裝在配電變壓器下的集中器則負(fù)責(zé)定期從采集器讀取數(shù)據(jù)。
2、通信子系統(tǒng)
通信子系統(tǒng)是把數(shù)據(jù)傳送到控制中心的信道。為了適應(yīng)不同的環(huán)境條件以及成本要求，通信子系統(tǒng)的構(gòu)成有多種方案。按照通信介質(zhì)的不同，通信子系統(tǒng)主要有光纖傳輸、無(wú)線傳輸、電話線傳輸和低壓電力線載波傳輸四種。
光纖通信具有頻帶寬、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)以及抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，適合上層通信網(wǎng)的要求。但因其安裝結(jié)構(gòu)受限制且成本高，故很少在自動(dòng)抄表系統(tǒng)中使用。
無(wú)線通信適用于用戶分散且范圍廣的場(chǎng)合，在某個(gè)頻點(diǎn)上以散射通信方式進(jìn)行無(wú)線通信。其優(yōu)點(diǎn)是傳輸頻帶較寬，通信容量較大(可與幾千個(gè)電能表通信)，通信距離遠(yuǎn)(幾十千米，也可通過(guò)中繼站延伸)。目前，GPRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)為無(wú)線抄表系統(tǒng)的實(shí)施提供了高效、便捷、可靠的數(shù)據(jù)通道。主要缺點(diǎn)是需申請(qǐng)頻點(diǎn)使用權(quán)，且如果頻點(diǎn)選擇不合理，相鄰信道會(huì)相互干擾。
租用電話線通信是利用電話網(wǎng)絡(luò)，在數(shù)據(jù)的發(fā)出和接收端分別加裝調(diào)制解調(diào)器。該方法的數(shù)據(jù)傳輸率較高且可靠性好，投資少;不足之處是線路通信時(shí)間較長(zhǎng)(通常需幾秒甚至幾十秒)。
低壓電力線載波通信利用低壓電力線作為系統(tǒng)前端的數(shù)據(jù)傳輸信道。其基本原理是：在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先將數(shù)據(jù)調(diào)制到高頻載波上，經(jīng)功率放大后耦合到電力線上。此高頻信號(hào)經(jīng)電力線路傳輸?shù)浇邮辗?，接收機(jī)通過(guò)耦合電路將高頻信號(hào)分離，濾去干擾信號(hào)后放大，再經(jīng)解調(diào)電路還原成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。電力線載波直接利用配電網(wǎng)絡(luò)，免去了租用線路或占用頻段等問(wèn)題，降低了抄表成本，有利于運(yùn)營(yíng)管理，發(fā)展前景十分廣闊。但是，如何抑制電力線上的干擾，提高通信可靠性仍是亟待解決的問(wèn)題。
3、中心處理子系統(tǒng)
中心處理子系統(tǒng)主要由中心處理工作站以及相應(yīng)的軟件構(gòu)成，是整個(gè)電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)的最上層，所有用戶的用電信息通過(guò)信道匯集到這里，管理人員利用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析，作出相應(yīng)的決策。如果硬件允許，還可直接向下級(jí)集中器或電能表發(fā)出指令，從而對(duì)用戶的用電行為實(shí)施控制，如停、送電遠(yuǎn)程操作。
二、電計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)
1、電能表
傳感器、自動(dòng)化儀表以及集成電路技術(shù)的發(fā)展，使得無(wú)論是機(jī)電脈沖式還是電子式電能表已能夠較好地滿足當(dāng)今電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)的需要。預(yù)計(jì)今后相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)的終端采集裝置將以機(jī)電脈沖式電能表和電子式電能表兩種儀表為主。
2、采集器和集中器
采集器和集中器是匯聚電能表電量數(shù)據(jù)的裝置，由單片機(jī)、存儲(chǔ)器和接口電路等構(gòu)成，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了較成熟的產(chǎn)品。
3、通信信道
通信子系統(tǒng)是電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)中的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)通信方式的選取要綜合考慮地理環(huán)境特點(diǎn)、用戶用電行為、技術(shù)水平、管理體制和投資成本等因素。國(guó)內(nèi)外對(duì)于不同通信方式各有側(cè)重，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)于電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)的研究起步較早，電力系統(tǒng)包括配電網(wǎng)絡(luò)較規(guī)范、完備，所以低壓電力線載波技術(shù)被廣泛應(yīng)用;在我國(guó)，受條件所限，較多使用電話線通信。近來(lái)，隨著對(duì)擴(kuò)頻技術(shù)研究的深入，低壓電力線載波中干擾大的問(wèn)題逐步得到解決，因此，低壓電力線載波通信方式在電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)中的應(yīng)用有逐步推廣的趨勢(shì)。
三、電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)的熱點(diǎn)
1、電力線載波通信
電力線載波通信，是將信息調(diào)制為高頻信號(hào)(一般為50―500kHz)并疊加在電力線路上進(jìn)行通信的技術(shù)。其優(yōu)勢(shì)是利用電力線作為通信信道，不必另外鋪設(shè)通信信道，大大節(jié)省投資，維護(hù)工作量少，可靈活實(shí)現(xiàn)“即插即用”。目前，國(guó)內(nèi)10kV以上電壓等級(jí)的高壓電力線載波技術(shù)已經(jīng)較成熟，但低壓電力網(wǎng)絡(luò)上的載波通信還未能達(dá)到令人滿意的水平，這在一定程度上制約了電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)在我國(guó)的實(shí)際應(yīng)用。
2、無(wú)線擴(kuò)頻通信
擴(kuò)頻技術(shù)是一種無(wú)線通信方式，把發(fā)送的信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)，以擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，通過(guò)相關(guān)接收，用相同的頻碼序列解擴(kuò)，最后經(jīng)信息解調(diào)，恢復(fù)出原始信息。擴(kuò)頻通信距離一般可達(dá)幾十千米，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于抗干擾能力較強(qiáng)，因此具有較強(qiáng)的安全保密性。擴(kuò)頻技術(shù)在電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)的典型應(yīng)用方式是：采集器通過(guò)電力線載波把數(shù)據(jù)傳至集中器，再由設(shè)置在集中器附近的擴(kuò)頻電臺(tái)把數(shù)據(jù)發(fā)送給中央處理站的接收電臺(tái)。
3、復(fù)合通信
在應(yīng)用于電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的所有通信模式中，各種通信模式都有優(yōu)缺點(diǎn)，任何一種采用單一通信技術(shù)的方案均很難完全滿足需要。為解決這類(lèi)矛盾，提出了復(fù)合通信方案。
復(fù)合通信方案是在自動(dòng)抄表的不同通信階段采用不同的通信方式，組成實(shí)現(xiàn)電能自動(dòng)抄表的復(fù)合通信網(wǎng)絡(luò)。在數(shù)據(jù)傳輸量不太大、傳輸距離較近的底層數(shù)據(jù)采集階段(電能表到采集器，采集器到集中器)，可以采用如紅外、低壓電力線載波甚至點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式;而在集中器到中央處理站段，則可采用電纜、電話線或無(wú)線通信等。選擇什么樣的復(fù)合方式，需根據(jù)實(shí)際情況統(tǒng)籌考慮?；旌鲜褂玫母鞣N通信方式之間要有很好的相容性，不能相互干擾，這其中涉及到運(yùn)籌學(xué)、最優(yōu)規(guī)劃等方面的研究與設(shè)計(jì)。
4、自動(dòng)抄表的安全性
自動(dòng)抄表的安全性主要包括自動(dòng)抄表過(guò)程的安全性和中心處理子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全性。電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)的抄表過(guò)程是分散的采集器、集中器與中心處理站間交換數(shù)據(jù)的過(guò)程。通信中既要保證所抄數(shù)據(jù)的安全、可靠傳輸，又必須確保中心處理子系統(tǒng)不會(huì)受到來(lái)自傳輸網(wǎng)絡(luò)的意外攻擊。
中心處理子系統(tǒng)的安全性主要是指其包含的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全性，而主要的安全隱患來(lái)自以下4個(gè)方面：黑客、病毒、合法人員的失誤和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自身的脆弱性。保護(hù)及防范的措施是綜合運(yùn)用密碼技術(shù)、身份驗(yàn)證技術(shù)、訪問(wèn)控制技術(shù)、防火墻技術(shù)、安全內(nèi)核技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)反病毒技術(shù)、信息泄漏防治技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全漏洞掃描技術(shù)和入侵檢測(cè)技術(shù)等。
小結(jié)：電力營(yíng)銷(xiāo)效率的提高，取決于營(yíng)銷(xiāo)部門(mén)對(duì)配網(wǎng)信息、用戶現(xiàn)狀和需求的了解程度，以及對(duì)各種數(shù)據(jù)分門(mén)別類(lèi)加以采集分析并有效利用。
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