谐波对电能计量的影响研究

文/邓一鸣 国网盐城供电公司 江苏盐城 224000

谐波对电能计量的影响研究

文/邓一鸣 国网盐城供电公司 江苏盐城 224000

谐波在电力系统中是客观存在的，不可能完全消除，而电力谐波的存在会对电能计量产生一定的负面影响，导致计量结果不准确，进而影响电力企业以及电力用户的切身利益。本文结合谐波产生的原因，分析了其对于电能计量的影响，并提出了有效的应对措施，希望能够为电力谐波的治理提供一些参考。

谐波；电能计量；影响

在电力电网中，非线性负载的增加会引发电力谐波问题，进而加速绝缘老化，引发附加线损，降低设备的工作效率，产生的危害不容忽视。不仅如此，电力谐波的存在，还会影响电能计量工作，损害电力企业和电力用户的利益。在这种情况下，做好电力谐波的治理工作，保证电能计量的准确性，成为电力工作人员重点研究的课题。

1、电力系统中的谐波问题

最初的电力谐波源是变压器，主要是其次谐波，以三次谐波为主，不过其量值较小。而伴随着电力系统的飞速发展，电力电子设备取代变压器成为了主要的谐波源，在其运行过程中，通常都会利用二极管，将交流电转化为直流电，或者利用桥式整流器将直流电转化为交流电，而在电子开关、工业整流设备中，存在着一些容量较大的滤波电容器，会导致二极管导通角变小，必须在交流电压正弦波最大值附近才可以实现导通，使得交流输入的电流波出现了严重畸形的情况，三次谐波甚至会在基波上形成窄尖峰脉冲，降低线路的功率因数。在现代电网中，变压器、电抗器、整流器等都是谐波的主要来源[1]。

2、谐波对于电能计量的影响

谐波对于电能计量的影响主要体现在两个方面，一是对于电能计量方式的影响，二是对于电能计量装置的影响，这里分别对其进行分析。

2.1 对电能计量方式的影响

在以往的电能计量方式中，一般都会采用计量全能量的方式，受电力系统本身规模以及相关技术的限制，谐波造成的影响相对较小，因此在计量过程中可以忽略谐波因素。但是，伴随着电力电子技术的飞速发展，各类电器设备不断涌现，在提升电网供电能力和稳定性的同时，也使得电网的结构变得越发复杂，谐波的来源更加广泛，影响也在不断扩大，成为必须关注的问题。全能量计量方式在实际应用中存在着一定的局限性，一是在非正弦供电的线性负荷中，电能表计量的数值实际上是基波电能与部分谐波的代数和，谐波的存在增加了用户的用电成本；二是当用户负荷为非线性时，其本身就会产生电能和谐波功率，并且使得一部分电能倒流回电力系统，电能表计量的数值实际上是基波电能减去这部分倒流的电能，会损害电力企业的利益；三是当负载非线性，电源畸变时，负荷不仅会吸收基波与谐波，还会使得谐波倒流回电网，使得电能计量变得更加复杂[2]。

2.2 对电能计量装置的影响

（1）感应式电能表：感应式电能表是依照基波频率设计的电能表，其本身具备较高的灵敏度，不过如果电网中的电压与电流正弦波产生畸变，则电能表计量的准确性也会受到影响。在电网中的负荷电压及电流和固定的前提下，频率如果出现变化，电压线圈以及转盘的阻抗会随之改变，电压工作磁通和电流磁通也会产生变化，进而影响电能表计量的准确性。另外，存在于电网中的谐波会与基波迭加，引发波形畸变问题，而由于电流与电压铁芯导磁率非线性因素的影响，一旦电压与电流的波形出现畸变，则磁通无法产生相应的变化。感应式带能表必须在频率相同的电压和电流产生的磁通之间互相作用时，才能够产生转矩，进而正常运转，换言之，当存在畸变的波形经过电磁元件时，由于磁通无法形成与波形的对应变化，会影响转矩与平均功率的正比关系，产生附加偏差，对电能表计量的准确性造成影响。

（2）电子式电能表：与感应式电能表相比，电子式电能表的功能更加全面，准确度也更高，操作和使用简单，因此已经逐渐取代了感应式电能表。电子式电能表的工作原理，设计对用户的供电电压和电流进行实时采样，结合专用的电能表集成电路，实现采样电压与电流信号的处理和转换，形成与电能成正比的脉冲输出显示[3]。在进行数值的计算时，处理终端可以对不同的频率进行采样，同时依照正弦规律变化的电压与电流瞬时值，得到准确的计算结果。从理论上讲，这种计算方法可以实现对于电路负载中基波与谐波总平均功率值以及实际用电量的可靠记录。相比较感应式电能表，电子式电能表的频率曲线几乎不存在衰减问题，其对于高次谐波功率的响应与基波一致。不过，电子式电能表平等对待基波功率与谐波功率的做法，会在一定程度上增加计量的误差。

3、应对谐波影响的有效措施

3.1 改进电能计量方式

从谐波对于电能计量方式的影响分析，全能量计量方式存在着一定的缺陷和问题，在无法彻底消除谐波源的情况下，想要保证电能计量的准确性，就必须对电能计量的方式进行改进和创新，将基波电能与谐波电能分开计量，这样，不仅充分考虑了负载吸收和发出的谐波功率，而且能够有效消除谐波所带来的不良影响，保证计量结果的准确性。

3.2 优化电能计量装置

一是可以采用频率陡降电能表，或者也可以说是基波电能表，由于其本身可以区分基波和谐波，而且只会对基波产生的功率进行计量，能够从根本上排除谐波对于电能计量的影响；二是可以结合分频技术，对电能表进行改进和优化[4]。分频技术的应用，可以分别对基波电能、与谐波电能及其各自的方向进行计量，同时结合电费杠杆进行调节。在这种情况下，用户的电费可以分为三个不同的组成部分，首先是基波电费，其次是产生或者发出谐波电能，所需要承担的惩罚性电费，然后是吸收或者消耗谐波电能获得的奖励性电费。在以前的电力系统中，有效电压不仅包括了基波电压，还包括了谐波电压，有效电流同样包括了基波电流和谐波电流，在这种情况下，有功功率也就同时包括了基波产生的功率以及谐波产生的功率。常规的电能表或者有功功率表的频率特性固定，看似理想，实际上是将谐波量与基波量等同了，换言之，计量仪表显示的数据中含有谐波量，并不能准确的反映基波的电气量，因此，电能表的计量的准确度越高，得到的数据反而越不合理。以分频技术对电能表进行优化改进，使得电能表不仅能能够准确计量负荷消耗的基波电能，还可以对谐波电能的大小以及传递方向进行计量，从而避免了谐波对于电能计量的负面影响。

3.3 强化电力谐波管理

想要对电力谐波的负面影响进行有效应对，可以从技术和管理两个方面进行控制。应该强化电力系统准入管理，如果非线性负荷进入电网中，必须重点关注，严格对待，落实谐波的低含量，确保其不会超出国家规定的标准范围[5]。

结语：

总而言之，在电力系统中，谐波是一种客观的存在，不可能完全消除，其不仅会影响电力系统的安全稳定运行，还会从计量方式和计量装置两个方面，影响电能计量的准确性，影响电力企业和电力用户的切身利益。对此，电力技术人员应该重视谐波的治理，对电能计量方式和电能计量装置进行改进和创新，保证电能计量结果准确可靠，推动电力行业的稳步发展。

[1]刘座铭,吕项羽,常学飞,张宗宝.电力谐波对电能计量的影响及治理措施[J].吉林电力,2013,41(2):32-34.

[2]薛永.谐波对电能计量的影响[J].广东科技,2013,(20):57-58.

[3]李军浩,胡泉伟,吴磊,等.电网谐波对电能计量影响的仿真分析[J].陕西电力,2011,39(6):1-5.

[4]王磊.谐波对电能计量的影响分析[J].科技致富向导,2014,(30):77-79.

[5]刘喜.电力谐波对电能计量影响的分析与探讨[J].中国科技纵横,2015,(10):166.