冲击负荷对电能计量的影响分析

曾朝华

（国网四川省电力公司攀枝花供电公司四川攀枝花617000）

摘要：虽然在我国科学技术水平的不断提高下，使得我国先后出现了众多现代化、智能化的电能计量装置，为提高电能计量的精准性发挥了重要作用。但包括冲击负荷等在内的众多因素仍然会对电能计量产生相应影响，导致电能加量产生较大误差值。为此，本文将通过结合相关研究资料，在阐明冲击负荷基本内涵的基础上，以实验分析的方式，重点探究冲击负荷对电能计量的影响作用，以期能够为相关研究人员提供必要理论参考。

关键词：冲击负荷；电能计量；仿真模拟

引言：

目前在电力公司以及其他众多企业当中，普遍会采用计费参考电能表以及变压器高压侧计费用电能表，但由于受到冲击负荷的影响，容易使得两种电能表在实际使用时出现电能差值过大的情况，进而产生电能计量纠纷问题。因此本文以冲击负荷对电能计量的影响作为主要研究内容，不仅可以明确这一现象出现的具体原因，同时也能够为稳定电能计量，提高其精准性提供相应的实践指导与帮助。

1.冲击负荷的基本内涵

所谓的冲击负荷指的就是突然发生周期性或非周期性巨大变化的负荷，一般多发生在具有较大额定容量并且使用次数较为频繁的用电设备中，例如轧钢机、电弧炉等等[1]。冲击负荷虽然与其他负荷相比，出现时间较短，但其峰值可在短时间内达到正常均值的十几倍甚至数十倍，由此引发电力系统频率出现连续振荡，或是出现电压大幅波动等情况，对电力设备的正常运行乃至整个电网的安全稳定性产生一定危害。如果电力系统中存在大量冲击负荷，将会大大增加电力元件绝缘严重老化的可能性，电力系统也会面临较大的安全风险，同时电能计量装置受到冲击负荷影响，将有可能出现计量失准、设备故障等一系列问题。随着现代化科学信息技术的不断发展，冲击负荷已经广泛接入到电网中，对电网系统的安全运行造成一定的影响。冲击负荷降低了电能计量的准确性，增加了电力系统相关企业的运行成本。同时，在冲击负荷的影响下，导致用户在实际的用电过程中，经常出现与实际消耗电能费用不相符合的情况，造成了用户用电的不平衡性，对电网的运行环境造成一定的污染。冲击负荷在对电能计量产生影响的同时，不利于社会经济的健康发展。因此，要求相关的管理部门注重冲击负荷的电能计量，优化电网系统运行环境，有利于实现经济效益与社会效益相统一。

2.基于实验下冲击负荷对电能计量的影响分析

2.1电能计量问题

本文以某企业出现的电能计量纠纷问题为例，该企业分别采用了两种不同类型的电能计量表，即为变压器高压侧计费用电能表以及计费参考表，工作人员通过采用专业检测仪器对轧钢机运行状态下的电能表进行误差测试，发现其中有多次因电能计量误差值过大，导致检测仪器无法正常显示误差值。而在轧钢机空载状态下，电流在20A时，两块电能表的误差均未超过0.2%。工作人员在排除谐波因素后，初步猜测是由冲击负荷导致电能计量出现较大误差值，为了验证这一猜测，本文将对其进行进一步实验分析。

2.2比较实验分析

首先通过采用比较实验分析法，即通过真实模拟功率源和继电器，通过对冲击负荷具体状况进行认真观察，以判断其对于电能计量的实际影响。在此次实验中选用0.05级的功率电能表，并采用虚功率法完成测试。在冲击负荷模拟实验电路中，主要组成部分包括功率源、标准电能表以及该企业目前使用的两种电能表，在实验过程中使用单片机负责精准完成通断，按断开1s接通3s的周期动作对周期为4s且持续时间为1s的冲击负荷进行模拟。标准电能表每一次测试时间分别为10s、100s和300s[2]。根据最终的实验结果可知，此时标准功率电能表或因误差过大而无法正常显示，或因测量缺乏良好重复性而导致其无法正常工作。如在实验当中，使用标准功率电能表测得的实测值为36.49Wh，变压器高压侧计费用电能表测得的实测值为9Wh，其误差率为-1.3%，计费参考表测得的实测值为18.58Wh，其误差率高达104%。后期通过更换使用若干不同型号的标准功率电能表，重复以上步骤进行比较试验，仍然存在标准功率电能表无法正常工作的情况。

2.3仿真模拟分析

此外，本文还通过使用标准功率电能表、继电器及其控制装置以及功率源，共同组成了专门的测试装置，同样用以现场冲击负荷进行真实仿真模拟。在对继电器进行精准切换控制中，本实验仍然选择使用由单片机构成的控制器，所模拟的现场冲击负荷波形周期和冲击时间分别为4s与1s。基于单片机的控制器不仅需要负责对继电器进行精准切换控制，同时也需要对脉冲记录仪进行有效控制，以确保脉冲纪录始终与模拟现场冲击负荷的实验保持同步。在计算电能计量误差时需要采用如下公式：

在该公式中，EWS和EX分别代表着该企业所使用的两种电能表，即变压器高压侧计费用电能表以及计费参考表，和则分别代表着变压器高压侧计费用电能表的计量误差，和计费参考表的计量误差，ES则代表着标准功率电能表。根据相关测试结果显示，当冲击负荷模拟实验电路电流值为2.5A，测试时间为1h时，采用标准功率电能表测得的实测值为434.8Wh，但使用变压器高压侧计费用电能表以及计费参考表测得的实测值则分别为106.4Wh和230.8Wh，其误差率分别为-2.1%与96.7%。由此可知，在该企业使用的两种电能表中，计费参考表的计量误差明显大于变压器高压侧计费用电能表的计量误差，且计费参考表的计量误差属于正误差，在冲击负荷下无法精准完成电能计量工作[3]。相比于变压器高压侧计费用电能表，计费参考表多计电量达69%，结合该企业目前存在的电能计量纠纷情况，本文初步认为导致电能计量误差过大的原因可能与计费参考表本身存在设计问题有关。因此后期通过将该企业当前使用的计费参考表拆下，专门对其进行冲击负荷仿真模拟实验，在同样将电流值设定为2.5A，将实验时间设定为1h下，采用标准表测得的实测值为435.8Wh，使用变压器高压侧计费用电能表以及计费参考表测得的实测值，则分别为107.9Wh与68.68Wh，两种电能表的误差分别达到了-1%与-37%。因此在将变压器高压侧计费用电能表作为标准电能表下，在相同的冲击负荷条件下，二者的电能计量误差仍然在36%左右，与该企业现场电能计量纠纷实际情况相一致，故而证明企业目前所使用的计费参考电能表确实存在一定设计问题。

3.实验结果分析

因负荷快速变化，使得电能计量表同样需要提升响应速度，才能与负荷变化保持同步。在该企业中所使用的变压器高压侧计费用电能表，其构成原理采用了数字采样式，具有较快的采样速度因此基本可以在冲击负荷条件下准确完成电能计量。虽然在该企业中所使用的计费参考表也采用了相同的构成原理，但因其采样速度相对较慢，且极有可能因其自身存在设计缺陷而导致电能表缺乏较高的实时性，因此在同样的冲击负荷条件下，计费电能表无法准确完成电能计量工作。综合来看，现阶段在该企业中使用变压器高压侧计费用电能表，基本可以有效完成电能计量工作，但其使用的计费参考电能表则无法准确完成冲击负荷下的电能计量。另外，冲击负荷对电能计量具有直接的影响作用，但受到电能计量装置具体型号的影响，其受到的冲击负荷影响程度也存在一定差异性。因此在面对负荷变化速度相对较快时，还需要工作人员充分结合实际情况，科学选用与之相适宜的电能计量装置。

结束语：通过本文的分析研究可知，冲击负荷为呈周期或非周期性，突然发生巨大变化的负荷，当用电设备的额定容量相对较大，且设备使用较为频繁的情况下比较容易出现冲击负荷。本文以某企业当前存在的现场电能计量纠纷为例，通过实验分析的方式证明冲击负荷会对电能计量装置运行性能以及电能计量精准性产生一定影响。因此相关工作人员在实际选用电能表时，需要切实结合现场实际情况，对其进行科学选择，并重点关注电能表响应速度，由此将冲击负荷对电能计量的影响降至最小，切实保障电能计量的精准性和有效性。

参考文献：

[1]魏伟，汪旭祥，唐登平，等.冲击性负荷条件下的电能计量方法及技术[J].湖北大学学报（自然科学版），2019，41（04）：383-390.

[2]姜芳.分析冲击负荷谐波环境下对电能计量装置的影响[J].通讯世界，2015（15）：136-137.

[3]张斌.冲击负荷相关电能计量的研究[D].华南理工大学，2014.