谐波对电能计量的影响研究

邵志辉

内蒙古电力（集团）有限责任公司乌海电业局

谐波对电能计量的影响研究

邵志辉

内蒙古电力（集团）有限责任公司乌海电业局

本文主要分析了电能计量中谐波影响原理，并通过实验分析了谐波的电能表误差频率特性和基波叠加单一谐波误差，最后提出了改善谐波对电能表计量影响的对策。

谐波；电能计量；电能表；非线性用户

1 引言

随着国民经济的飞速发展和人民物质水平要求的不断增加，电能在国家的核心发展中占据着重要的地位。而在当前的电力系统，在通过非线性设备时，正弦供电非正弦电流也就是我们所说的谐波电流，谐波电流的产生只跟自身特性、工作状态和外加电压相关。谐波具有一定的危害性，比如破坏正常的供电电压，降低整个电网的供电质量，进而威胁到电力系统的安全运行，对用电设备及以外设备产生危害。因此，必须采取措施将流入电网的谐波电流和谐波电压控制在允许范围以内。

2 谐波对电能计量影响的机理

2.1 谐波源负荷的功率

谐波源用户注入公网的谐波电能只跟自身特性、工作状态和外加电压相关。因此，我们在分析时谐波源负荷的功率假设供电系统中只有一个谐波源用户，且供电系统供电电压为标准的正弦波，然后分析用户接入后的谐波源负荷功率。

电网提供给谐波源用户的功率为P，谐波源实际消耗的有功功率为，转化成谐波有功功率所需要的基波有功功率为Ph，因此，总基波有功功率P为P1和P2之和，总负荷功率为P和Ph之和。在用户从电网中获取基波功率的同时将的基波功率转化为谐波功率输入到电网中。假设流出母线的功率为正，反之为负，则谐波源产生的谐波电流是流入母线的，功率为负，因此谐波源负荷总功率小于从电网汲取的总基波有功功率，考虑到Ph对于电网是不利的谐波功率，所以谐波源用户在对电网造成污染的同时还减少了计算电量。

2.2 非谐波源用户的功率

因为母线中也包含了谐波电压，因此非谐波源用户的功率为P1和Ph的和，也受到了谐波污染，且P1和Ph是同方向的，导致电量计算增加。

3 谐波对电能表影响的实验

3.1 电能表误差频率特性分析

研究波形畸变对电能表计量影响最根本的依据就是电能表误差频率特性，感应式电能表误差频率曲线和电子式电能表误差频率曲线。感应式电能表的误差频率随着谐波频率的增高而增加，且呈现着下降的趋势；电子式电能表误差频率也随着谐波频率的增高而增加，但呈现的平坦趋势。因此，电子式电能表的计量误差要远小于感应式电能表的计量误差。

3.2 基波叠加单一谐波误差分析

考虑到电力系统当中三次谐波的含量最大，为便于分析谐波对电能表影响程度，采用的是在基波上叠加三次谐波，设误差1为全能量为计量标准下的误差，误差2为基波能量为计量标准下的误差，通过改变电压、电流谐波含量与基波含量的比值，以及功率因数的参数值，对两种电能表的误差进行比较分析。部分计量误差表如下：

经分析可以得出，在以全能量为计量标准是，感应式电能表的计量误差要远大于电子式电能表的计量误差，而在以基波为计量标准时，感应式电能表的计量误差略小于电子式电能表，在谐波频率较高时远小于电子式电能表。

4 改善谐波对电能表计量影响的对策

非线性用户是电力系统当中的谐波源，为了改善谐波源用户为电网带来的污染，可以对谐波源污染用户进行惩罚措施，但是同时也可以使用更有效的科学的电能质量计量方法，从根本去完善。基于国内目前有谐波功率潮流方向法、电流矢量法和神经网络法等方法区分实际谐波，本文考虑使用基波电能计量，将谐波电流进行矢量分解来区分用户负担谐波的责任。具体是使用波动量法得到谐波阻抗，再使用谐波矢量分解法计算应当负担的谐波责任。采用的是带加权系数的谐波有功电能计量公式，这种计量收费方式，一方面可以补偿受到谐波危害的线性用户，另一方面合理处罚发出谐波的非线性的用户，最终实现准确而公平的计量。这种方法适合于谐波污染较严重的电网系统。除此以外，本文设计了一种可以精确测量谐波电能的电能表，基本原理是由数字乘法器和MCU告诉数据处理器对电流、电压的波形进行采样，通过准确的电能测量、谐波分析和计算等工作显示准确的谐波电能值。

5 结论

本文通过实验进一步加深了谐波对电能计量影响的研究，常用的电能表会对谐波电能产生影响，引起计量误差。本文提出的改进方法，使用加权系数的基波电能计量方法可以在污染较重的电网系统中减小谐波对系统的影响，虽然此方法也存在着一定的技术难度和成本过高的问题，实现起来较为复杂，但是可以供同行业参考与研究。依据国家对谐波的相关标准规范，保障维护公共连接点供电电压的合格与安全，供电公司和用电客户要联合起来把谐波对电能计量的危害控制在一定范围内，维护好自身利益。

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