功率因数对电能计量的影响

电表

第XX 卷 第XXX 期 电测与仪表 Vol.XX No.XX

20XX 年 第XX 期 Electrical Measurement & Instrumentation XXX.20XX

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功率因数对电能计量的影响

于海波1，刘佳2，王春雨1，李立1，张垠3

（1 中国电力科学研究院，北京 100192；2 北京航空航天大学，北京 100191；3 上海市电力

公司电力科学研究院，上海 200051）

摘要：为了确定用电设备导致的低功率因数对电能计量装置产生的影响，文章从理论角度分析了功率因数降低对电能质量的影响，并通过实验验证了电能表在相同视在功率不同功率因数情况下的计量性能。实验结果表明，用电设备功率因数越低，产生的无功功率越大，线路的损耗越多，使得电能计量装置误差也越大。

关键词：功率因数；电能计量；无功功率 中图分类号：TM933 文献标识码：A 文章编号：1001-1390（2014）00-0000-00

Impact of Power Factor on Electric Energy Metering

YU Hai-bo 1

, LIU Jia 2

, WANG Chun-yu 1

, LI Li 1

, ZHANG Yin 3

（1. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China.2. Beihang University, Beijing 100191, China.3 Electric Power Research Institute, Shanghai Municipal Electric Power Company,

Shanghai 200051, China ）

Abstract ：In order to clarify the impact of low power factor on electric energy metering, The relationship between the power factor and power quality is analyzed from a theoretical perspective in this paper. , and the electric energy metering performance is validated by experiments with different power factors adopted but the same apparent power value. Experimental results show that the lower the power factor of electrical equipment is taken, the larger reactive power will be generated, the greater loss of the line will be brought in, and the more error the energy metering device will produce

Key words ：power factor, energy metering , reactive power

0 引 言

新型用电设备的增加，使得计量装置的实际运行工况及电能质量产生很大的变化。高速铁路、家用电脑等直流逆变型电器大量使用开关电源造成用户的功率因数极低，为0.3左右，然而现有国家检定规程要求单相电能表在功率因数0.5及以上准确计量，单相电能表是否因为功率因数的降低而计量不准确必须进行考核。文献[1]分析了减少感性负荷的无功储能及提高功率因数的方法；文献[2-6]只是研究了提高功率因数的重要性以及提高功率因数的意义和方法；文献[7-10]探讨了影响电网功率因数的主要因素以及无功补偿的几种方法和补偿后的经济效益；文献[11]分析的为串级调速系统功率因数低的

原因及改进方法；以上文献均没有定量地研究功率因数对电能计量装置和电能质量产生的影响。

针对上述情况，本文首先从理论上分析了功率因数对电能质量的影响，然后通过实验验证功率因数对电能计量装置准确度的影响，及电网中电能质量的变化。

1 原因分析 功率因数是电力系统的一个重要的技术指标，它是衡量电气设备效率高低的依据。在交流电力系统中，负载元件分为电阻、电感和电容，流经电阻的电流和加在电阻两端的电压相位相同，电阻消耗的功率需要由煤、水、油等能源转换而来，故称为有功功率；流经电感或电容的电流和加在电感或电容两端的电压相位差90°，在电感或电容上所形成的功率，就是往返于磁场（电感）和电场（电容）的

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电路中将功率分为有功功率P 、无功功率Q 和视在功率S 。电压与电流之间的相位差(ψ)的余弦叫做功率因数，用符号cos ψ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cos ψ=P/S 。

电力系统向用户供电的电压是随着线路所输送的有功功率和无功功率变化而变化的，对110kV 以下的线路，其电压损失可近似为：

=+e U P R Q X U ???（）

式中 △U 为线路的电压损失；U e 为线路的额定电压；P 为线路输送的有功功率；Q 为线路输送的无

功功率；R 为线路电阻（Ω）；X 为线路电抗（Ω）。

由上式可知，功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路的供电损失。当用户功率因数提高以后，它向电力系统吸取的无功功率就要减少，因此电压损失也要减少。所以，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。

2 实验证明

为了验证功率因数对电能计量装置和电能质量产生的影响，采用动态仿真电源360AMX 产生幅值恒定的交流电压，RLC 交流可编程电子负载模拟功

率因数从0~1可调的负载，多功能走字台检测标准表与被测表的误差，实验平台示意图如图1所示。

x 0的百分比，即：

00

0100%100%X x X x x X

γ--=

?≈? (2)

式中X 为计量器具的标称值、额定值、示值或测得值；x 0为与X 相对应的输入量的约定真值。

图1 实验平台示意图

Fig.1 Experimental platform schematic

实验：给定负载的视在功率2kVA ，功率因数从0.1~1变化（感性负载和容性负载分别进行测试），仿真电源产生标准无谐波干扰的交流正弦220V 、50Hz 的电压，选取不同厂家的留样表（精度等级为2级）4只进行测验，记录测得的误差值及不同功率因数下的无功功率值（kVar ），如表1和2所示。

表1 不同功率因数（感性）下电能表的误差值（%）

Tab.1 Error value of power meter with different power factors (inductive)

功率因数 电能表1 电能表2 电能表3 电能表4 无功功率(感性)

1.0 -0.0580 -0.0916 -0.0215 -0.0493 0 0.9 -0.0646 -0.0939 0.0250 -0.0456 0.872 0.8 -0.0675 -0.0956 -0.0312 -0.0635 1.2 0.7 -0.0720 -0.0979 -0.0377 -0.0729 1.428 0.6 -0.0807 -0.105 -0.0438 -0.0839 1.6 0.5 -0.0867 -0.111 -0.0554 -0.100 1.732 0.4 -0.0941 -0.119 -0.0701 -0.1257 1.833 0.3 -0.1015 -0.1205 -0.0780 -0.1340 1.908 0.2 -0.1161 -0.1375 -0.0957 -0.1414 1.96 0.1

-0.1672

-0.1667

-0.1366

-0.227

1.99

表2 不同功率因数（容性）下电能表的误差值

Tab.2 Error value of power meter with different power factors (capacitive)

功率因数 电能表1 电能表2 电能表3 电能表4 无功功率(容性)

-1.0 -0.0542 -0.0917 -0.0213 -0.0474 0 -0.9

-0.0552

-0.0923

-0.0246

-0.0478

0.872

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