改进电能计量方法在谐波存在时的应用

摘要：谐波对电力系统来说具有非常大的危害，会经常引起串联和并联谐振，造成过电压或者过电流事故的发生，使电气设备老化的速度增快，产生额外的能耗，增加电能计量的误差。文章分析了谐波电能计量的影响，论述了谐波存在时的电能计量改进方法和应用。

关键词：电力系统；谐波；电能计量方法；过电压；过电流；电气设备 文献标识码：A

中图分类号：TM714 文章编号：1009-2374（2015）35-0036-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.018

1 谐波对电能计量的影响分析

1.1 谐波概述

按照国际上电工的标准是这样解释谐波的含义的，谐波是在一个周期内的电器量正弦波分量，通常来说，谐波的频率是基波频率的整数倍。然后谐波和基波频率间的整数比，叫做谐波次数。利用电网可以计算谐波的功率，如果很多的谐波进入电网以后，就会导致电能计量出现误差。

1.2 谐波存在时的危害

谐波对电力系统来说是一个非常大的危害，会经常引起串联和并联谐振，就会造成过电压或者是过电流事故的发生，这样就会使电气设备老化的速度增快，产生额外的能耗，还会导致增加电能计量的误差，这样会严重地损害通信设备信号的传输。谐波的危害，一方面会严重地影响到电力系统的安全运行；另一方面还会使国家的经济状况遭受巨大的损失。因此，一定要加大力量研究分析谐波存在时电能计量方法的改进方法，积极地解决现场运行的计量误差，以此来提升电能计量的准确性。

1.3 谐波存在时对电能计量的影响

在谐波存在的时候，就会引起电能计量产生误差。在电力负载上，谐波存在于基波电压或者是基波电量的过程中，假如说基波电压和电量始终不变，这时的电能表转盘抵抗和电压线圈阻抗而产生相应的影响就会引起一定的变化。但是，两者之间阻抗对应的电流磁通量存在着一定的关系，如果阻抗发生变化的时候，这样就会严重影响到电能表计量的准确性。

谐波存在的时候，电能表中反映的电能值用公式表示为：E′=C1E1+，这个公式中的基波电能值和h次谐波电能值用E1、Eh表示；同时按照实际的潮流方向的改变决定了它的符号的改变；电能表也可以体现出谐波和基波比例系数和h次谐波电能和基波比例系数用C1、Ch表示。

电能计量严重地受到谐波功率潮流方向的影响，并且与之有着非常重要的关系，如果电力用户是非线性用户的时候，在一定程度上就会污染到电网，在进行计量电能的过程中，电能表会有相应的误差，这样就会使实际缴纳的电费比应缴纳的电费少，让国家的经济受到严重的损失，但是如果电力用户不是非线性用户的时候，通常情况下，电能计量值都会比基波值大，这样电力用户就会交较多的电费。

1.4 谐波对电子式电能表的影响

针对电子式电能表来说，不同信号被测的波形不同所产生的响应也就不一样，响应的误差也存在着很大的区别，根据相关的调查结果，按照正弦函数的正交的特点，如果电流或者是电压远离正弦同时产生畸变的时候，此时的电能表就会相应地产生一系列的计量误差，但是这个误差是非常小的。如果电网中的电流和电压都产生了畸变，电子式的电能表也会因为本身的频带较宽而可以对谐波功率进行准确的计量。

2 谐波存在时的电能计量改进方法及应用

对谐波存在对电量计量的影响来说，就是按照谐波原理和一些产生谐波的比较基本的因素进行制约，以此来提高计量的准确性。通常采用的方法就是改变谐波的负载的特性，使电网中注入量减少，这样就可以在很大程度上提高电能计量的精确度，还可以降低谐波对电网的污染和危害。

2.1 频域电能计量法

这种计量方法：第一，加窗离散化电流和电压信号序列，降低频谱的外泄，这样就可以有效地防止其对谐波分析产生的影响；第二，对加窗后的谐波电流电压序列进行离散傅里叶变换；第三，运用FFT的计算方法对频域参数展开仔细的估计计算，然后从中获得电流的信号、电压的信号中的谐波分量品蓝偏差、幅值和相位等等；第四，按照FFT的计算方法算出加窗以后的电流电压频域参数，然后运用下面的公式计算出各次谐波无功电能和有功电能：

通过相对应的仿真实验，可以得到谐波存在时对电量计量影响的数据，其中包含了谐波电能计量仿真实验和噪声存在时仿真实验等，同时也通过三角卷积窗方式完成基波电能的准确的计量，就可以实现实际电能计量的需求。

运用基波计量方法，能够选择基波计量电能表，进行现场的改造，就在进行计量回路的过程中也同样地安装一般的电子电能表和基波计量电能表。例如，一个广东的企业就是在现场进行改造，使一年谐波负荷总和达到0.065MW，基波负荷10.325MW，谐波负荷和基波负荷之间的比为0.629%左右，这个企业一年用电量如果是95GWh，那么这个企业一年就可以挽回722MWh的电量，这样就使这个企业提高了经济效益。

2.2 带加权系数的谐波有功计量法

带加权系数的谐波有功计量法，其本质就是对基波电能和谐波电能进行分别计量的改进型计量方式，计算的公式为：

W=W1-Chops∑Whops+ChopP∑Whopp

式中：W1表示了基波电能；表示了正向谐波电能；表示反向谐波电能；表示正向谐波电能的加权系数（0<<1）；表示反向谐波电能的加权系数（>1）。

通过此计算方式，不仅可以补偿在电力系统中受到谐波危害的线性负荷用户，还可以合理地处理非线性负荷用户引起的谐波电能，这样就可以实现运用经济手段降低谐波对电力系统影响的目标，保证了电能计量的准确性和公平性。这个方法非常适合谐波污染非常严重的系统，比如说发电站、大动力用户以及三类用户等。综上所述，如果谐波存在时，电能表要及时地对计量基波电能，同时认真地分析谐波的影响程度，这样就可以保证对基波电能计费有一定的折扣。通过这样的方式，大的非线性用户就会积极地运用非常有效的解决办法以此来进行谐波的治理，这样就会对线性负荷用户进行一定的补偿。

2.3 采用全电子式电能表

电子式的电能表有误差主要就是因为点积算法造成的，因此，改进电能表的方式就是首先从计量算法开始，我们最开始就要仔细地检测各次谐波含量，根据不同的谐波的类型进行制定出不同的解决方案。在利用电子式电能表的时候，其计量的方法是比较复杂的，所以这个时候就需要转给技术操作人员进行操作，同时对生产成本来说也是比较高的，比较适合运用在大中型的工业企业中，这样就可以减少谐波对计量准确性的影响。

电子式电能表的计量方法如下：W=C1W1-Cfin+Cfout。这个公式中，W1代表了负载消耗的基波电能；Wfint代表了吸收谐波电能；Wfout表示负载产生的谐波电能。通常都会把C1设定为1，如果Wfout比1大，这时就会发出谐波的电力用户加以惩罚，当Wfin介于0～1的时候，这时就会补偿给线性负载用户。通过这种的计量方法，在很大程度上防止了计量不公的现象发生，同时再运用相应的经济手段，就会严格地控制住电网中谐波的注

入量。

3 结语

在我国，越来越多的人使用电子产品，就会使大量的谐波注入到我国的电网系统之中，由于谐波存在时会严重地影响到电能的计量，就会使电能计量出现很大的误差，所以这个时候就要及时地改变计量的方式，最为合理的谐波电能计量方式就是，能够分别计算电力用户基波电量和谐波电能，然后可以比较准确地了解计量用户的关于电能的使用情况。因此，我们国家就一定要增强关于电网运行中的谐波影响的分析和研究，进而推动我国电力事业的快速发展。

参考文献

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[2] 温和，滕召胜，胡晓光，等.谐波存在时的改进电能计量方法及应用[J].仪器仪表学报，2011，（1）.

[3] 陈燕丽.浅析谐波存在时的改进电能计量方法及应用[J].大科技，2013，（14）.

作者简介：冯文霞（1980-），女，国网江西省电力公司景德镇供电分公司高级技师，工程师，二级注册计量师，研究方向：电能计量。

（责任编辑：周 琼）