谐波背景下的电能计量误差分析

张英

摘 要：随着人民生活水平的提高，人们对用电的质量要求越来越高，但是在电荷以及电容量超载的情况下，谐波的产生必然会对电能计量产生极大的影响。本文主要分析了产生谐波的原因，然后简要概述在谐波背景下电能计量的误差，以及解决这些误差的措施。

关键词：谐波；电能计量；误差

中图分类号：TM933 文献标识码：A

一、产生谐波的原因

电能计量的精确与否直接关系着电力企业以及用电用户的利益，所以对电能计量进行研究十分必要。电能计量在工作的时候产生误差很大程度上和谐波电流有关，因为当今社会对用电的需求量很大，所以很多电流装置超负荷运载，加上装置内部是非线性的负荷应用，很容易产生谐波，从而对电能计量造成影响。

谐波产生的原因各异，但主要有以下3种。第一，发电机产生谐波。因为发电机中的绕组在安装的时候既不是对称的也不均匀，发电机在发电运作的时候便会产生不稳定的电源质量，形成谐波。第二，输配电系统的影响。在输配电系统中，变压器的铁心越是呈现饱和状态，产生谐波的几率就越大，加上变压器的磁化曲线是非线性的，变压器的磁化电流便会变得不稳定，从而产生谐波。第三，是因为用电时候的影响。现在很多电力设备比如电源开关或者各种充电设备都应用了晶闸管材质，这种材质非常容易产生谐波，尤其是用晶闸管材质制作的整流设备，产生的谐波更多。

二、谐波对电能计量的影响

谐波的产生，必然会对电能计量产生很大的影响，造成电能计量误差。谐波对电能计量的误差主要表现在两个方面，一个是对互感器产生误差，另一个是对电能表产生误差。

1.谐波对互感器产生误差

互感器的类型有很多，本文主要分析的是谐波对电磁式互感器产生的误差。一方面是谐波对电压互感器的影响。在发电站或者变电站中，电压互感器一般安装在距离计量表安装点较远的地方，两者之间还存在着许多电缆、隔离开关以及接线端子等元件。这些元件的存在会产生二次回路阻抗，包括接触电阻、导线阻抗以及元件内阻。这些二次回路阻抗会对电压互感器造成影响，主要是两端的电压不一致，从而引起计量的误差。另一方面是对电流互感器的影响。电流互感器在工作的时候，可能会产生励磁电流，电流的损耗量较大，加上电磁式电流互感器中的铁心磁化曲线是非线性的，铁心饱和度越高，使得产生的电流和额定电流之间的差值变大，主磁通差距变大了以后就会对计量产生影响，使得误差变大。

2.谐波对电能表产生误差

电能表是重要的电能计量仪表，包括电磁感应电能表、全电子电能表等。对于电磁感应电能表来说，其内部存在基波和谐波电压和电流，导致电压线阻抗、旋转圆盘以及电流电压的磁通等发生变化，然后使得电能计量产生误差。尤其是在基波和谐波发生波形畸变的时候，电压和电流又不是线性的铁芯，所以会无法和电磁矩阵相叠，使得电能计量的误差更大。对于全电子电能表来说，主要是和其计算方法有关。全电子电能表在进行计量的时候先对不同频率下产生的电压电流的数值进行记录，然后选取一部分数据进行采样计算。但是这种计量方法在计算功率的时候是将各个波次功率相加，并没有将谐波的方向考虑在内。所以对于非线性用户来说，他们在电能计量时，非线性负荷的误差为负，也就是会少计量了电能，而对于线性用户来说，他们在电能计量的时候，线性负荷的误差为正，也就是会多计量了电能。总之，电能表计量时的计算方法会对电能计量的准确性产生很大的影响，尤其是在谐波功率变大的情况下，误差会更大。另外，外界的温度、频率以及电压电路的交换组件等都会对电能计量的准确性造成影响。

三、解决电能计量误差的措施

针对上述产生电能误差的分析，想要解决或者降低电能计量误差，必须要采取优化改进的措施，包括互感器的改进和电能表的改进，见表1。

1.互感器改进

上文中提到互感器对电能计量误差的影响主要表现在电压互感器和电流互感器两种。针对这些误差，分别可以从以下几个角度进行考虑。

1.1电压互感器改进

在改進电压互感器的时候，首先可以从内部结构来优化，因为内部结构中铁芯是产生电能计量误差的重要因素，所以在安装铁芯的时候要注意材质的选择，最好选用高导磁率的材质，然后铁芯的磁密要均匀而且尽量要降低磁密，铁芯的长度也要适度地减短。另外，可以通过减少绕组的匝数和改进绕组的耦合状态来降低电能计量的误差。其次是要减少二次回路的电流。比如选择专用的电线路和计量线路，在电能表和互感器之间应用专用路线。比如经常要检查和维修导线和元件的接头，减去不必要的接触电阻。另外，还可以采用多绕组的电压互感器，或者采用补偿性仪器来补偿在二次回路中产生的误差。

1.2电流互感器改进

电流互感器产生电能计量的误差，主要是因为励磁磁动势造成的，所以在改进电流互感器来减少误差的过程中，可以采用补偿法来补偿励磁磁动势。补偿法有无源补偿法和有源补偿法。无源补偿法是在二次侧设置固定电容，不过这种方法对于提高电能计量的精确度比较缓慢，所以还可以采用有源补偿法进行自动跟踪补偿。

2.电能表改进

上文中提到的几种电能表，在改进的时候主要可以对电子式电能表进行优化。电子式电能表的缺陷是其计量计算方法，所以在改进的时候主要针对计量方法进行方案的优化。在原先的计算方法上，因为谐波的存在，线性用户多计量了电能，而非线性用户少计量了电能，这对于线性用户来说自然是非常不公平的，所以在优化计算方案的时候，首先要采取惩戒措施对那些谐波源用户进行惩罚，补偿给受他们谐波影响的其他用户和供电网络系统。在计量方案方面，可以以基波电能计量为基础，然后把谐波电能作为奖惩的依据，也就是说以基波电能产生的费用作为基础费用，然后再对那些产生谐波的用户收取补偿费，不仅降低了对其他用户的影响，而且也督促这些产生谐波的用户自觉处理谐波，减少谐波带来的误差影响。

结语

综上，在谐波背景下，电能计量产生误差是必然的，但也不是不能避免的。所以需要认真分析产生谐波的原因，并且针对谐波产生的主要误差影响，采取相应的措施来降低或者消除谐波误差。

参考文献

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