电网谐波电能损耗的计量方法分析

刘辉

摘 要：电力电子技术的发展中，非线性负荷在不断增加，电网谐波电能损耗也在不断的增加，相应的问题也在不断的出现，本文对电网谐波电的能耗进行研究，并且对谐波电损耗计量方法进行研究。通过理论的方式，证明电网谐波损耗是由于基波功率金和实际功耗之间的差距导致的。

关键词：电能质量;谐波;电量;计量

近年来，我国的电子技术也在不断的发展创新，电力设备的负载性也出现了变化，非线性负载数量在不断的增加。根据非线性负载的相关理论，可知，其具有节能型和可靠性这一属性使得非线性负载得到了广泛的应用。本文从谐波功率的产生与消耗之间的关系出发，重点研究了电网中，非线性负荷在对谐波功率损耗的测量方面存在的问题。

1 系统模型

在配电系统中，中压和低压的供电网络结构如图1所示，S为正弦电压源，通过正弦电压源为多个具有独立性的线性非线性负荷用户进行供电。

当所有用户线性进行加在的时候，分支的电玩不会出现谐波电流。但只要电网中有非线性负载的存在，就会有谐波电流的产生。同时，谐波电流通过时会对电网进行阻碍，在每一个致电出形成谐波电压。从而在配电网络和其他用户中产生额外的谐波。电源（检测）失败。对于特定的电力用户，由用户在电网的公共连接点（PCC）上的非线性负载产生的谐波电压通常被认为是背景谐波。因此，在分析特定用户L引起的配电网谐波污染时，由正弦电压源供电的多用户配电网相当于由非正弦周期电压源供电的单用户电网，如图2a所示。根据非正弦周期电路的谐波分析方法，对下图进行分析。

在图2中，U1s是等效电源的基本组成部分，I1L是用户L总负载电流的基本组成部分，Ihl是用户L中非线性负载装置产生的h次谐波电流，是电力电子器件的主电流[1]。以基极负载电流为控制，在用户L中为线性负载装置h-谐波的等效谐波阻抗。

2 谐波能量的产生与消耗

图1配电网示意图中我们可以看出，在任何的情况下，配电网络只能有一种电源，但供电用户和电网只是进行了电力消耗。电源是我们常说的正弦电压源，只有供电电流的基本元件产生能量消耗，或者电源只向配电网和用户提供基本能量。根据非正弦周期电路中不同频率的电能守恒原理，可以从图2中看出：

W1S- W1net- W1L= 0 （1）

WhUS+ WhIL- Whnet- WhZ= 0 （2）

在上述公式中，公式（1）中的W1S，指的是正弦电压源的理想基本能量;式中从电源中所吸收的基本能量标注为W1l;通过配电网，电源向用户提供基本的能量用W1net表示。产生的基本能耗用WhUS表示，背景谐波电压源用WUS来表示，WIL是L功率产生的用户等效谐波电流源IHH谐波，配电网消耗h谐波功率（即h谐波无源网络）;以及用户等效阻抗消耗的h谐波功率。从方程（1）可以看出，正弦电压源只向用户提供基本能量，或者每个电源用户从电源中吸收的能量是基本能量[2]。从方程（2）可以看出，配电网所消耗的谐波能量是由配电网的非线性负荷引起的。由于非线性负载本身不产生电能，谐波电能只能由非线性负载从电源吸收的基本能量转换而来。

3 电网谐波电能损耗的计量

对于用户L，从电源吸收的总能量应当等于用户L消耗的能量和能量输出的总和：以W1LH=2WHZ的形式。

US=WLH=2，-H=2WHZ.IL（3）

WL是用户L半身总的消耗被称之为WL，其中包含了基本能量外，还存在大量的谐波源吸收的能力。重写式（3）为：

H=2WHIL-H=2WHZ。IL-H=2WHZ。US=W1L-WL（4）

顯然，方程（4）的左边是由净损耗引起的谐波损失的用户L非线性负载，即由用户相同的谐波电流源引起的谐波功率损失与谐波功率损耗之间的差值。背景谐波电压源UHS用户。从方程（4）中还可以看出，在电网中，非线性负荷用户引起的谐波能量净损失等于用户从电源中吸收的基本能量与实际消耗的总能量之间的差额。非线性负载的基本能量用户和总能量用户可用电子电能表测量，由谐波能量净损失引起的电网用户可用方程（4）计算。电网谐波中的总功率损失是电网中所有电力用户造成的网损和谐波功率：

wnet=w1L-wl（5）

4 结束语

综上所述，本位对电力网络中的非线性负载用户引起的附加谐波损耗进行研究。电力中的电网谐波被个人的非线性负荷吸收基波的用户转换成电能，并以配电网和用户的设备散热的形式。由电力网络中的非线性负载用户引起的谐波能量的净损失等于用户从电源吸收的基波能量与用户实际消耗的总能量之间的差。

参考文献：

[1]易桂平，胡仁杰.分布式电源接入电网的电能质量问题研究综述[J].电网与清洁能源，2015，31（01）：38-46.

[2]邱旭，李树广.ADE7878在谐波电能监测与计量系统中的应用[J].自动化仪表，2012，33（11）：80-82+86.