谐波对智能电能表的影响

刘丽丽?李铁

摘要：智能电能表主要由测量单元、数据处理单元以及通信单元三个部分构成，对电量使用情况可以进行实时监控以及数据处理。在电网供电过程中，因各种因素影响，难免会产生谐波干扰，使智能电能表失真。因而，如何改进技术水平，有效削弱谐波对电力计量设备的影响成为电力企业的首要发展任务。本文将对电力谐波起因及测量进行简述，分析谐波对智能电能表的影响，旨在为相关工作提供一定参考意见。

关键词：智能电能表；谐波干扰；谐波电能表

一、电力谐波的起因

（一）产生电力电源质量不高

由于生产过程中的偏差，发电机的三相绕组无法达到百分百的对称，导致铁芯出现不均匀的情况，加之，受电力供应过程环境的干扰，谐波的产生在所难免。但是，总体来讲，发电谐波所占比重并不是很大。

（二）输电系统产生的谐波

输配电谐波主要是由变压器铁芯饱和导致的。当变压器铁芯饱和时，磁化曲线呈非线性特征。同时，为了减少供电成本，变压器的工作磁密往往会在磁化曲线的饱和区域内，导致非平滑线性磁化电流的产生，从而出现奇次谐波。铁芯的饱和与谐波电流呈正相关的关系，谐波电流随着铁芯饱和度的增大而增强。

（三）用电设备产生的谐波

晶体闸管整流设备是产生谐波的主要因素。 晶体闸管的应用领域比较广泛，涉略电力机车、充电设施、开关装置等行业，这为电网谐波提供了潜在诱因。对于单相整流设备来说，当负载为感性负载时，则会产生谐波电流，同时，第三次谐波大约是高达基波的3/110左右；当负载为容性负载时，则会产生谐波电压，且谐波电压的大小与电容正相关。根据经验得出，整流设备产生的谐波大约为电力谐波总量的40%，其所占比重最大。

二、谐波的测量

想要研究谐波的产生，控制谐波的电能表的影响，就必须要对谐波进行测量。只有实现谐波可测，才能对其进行实时监控与监测，从而分析谐波含量以及发展趋势，得出电压与电流的幅值、相位以及电量等相关数据参数，为谐波治理提供理论依据。另外，谐波本身具有非线性特征，而谐波的起因相对比较复杂，具有不确定性，因而，如何提高谐波测量的可靠性显得尤为重要。就目前而言，模拟带通与带阻滤波器测量、傅里叶变换测量、瞬时无功测量、神经网络测量以及小波法测量等测量方式的应用较为普遍。其中，傅里叶变换频域分析测量法的使用频率最高。

三、谐波对智能电能表的影响

区别于电子式电能表，智能电能表在频率波动上的误差较小。但是，在采用基波计量方式时，智能电能表则会比电子式电能表的计量误差还要大。究其原因，主要还是由制作原理不同导致的。电能表主要采用A / D采用一乘法器一处理器一显示输出的方式运行，电力装置的工作频率通常在50Hz。根据智能电表的检测标准，其电流、电压失真的允许范围具有一定标准，但是由于多次谐波的影响，致使波形计量数据不够准确，进而导致乘法器数据失真。

四、智能电能表在谐波环境中的应用

（一）谐波对计量的应用

在谐波环境下，电能计量主要有以下三种方式：其一，提高智能电能表在功率方面的反应性，尽力提高电表体现实际功率（基波和谐波共同作用下产生的综合功率）的真实性，实现全能量测量；其二，提高智能电能表的抗干扰性，忽视谐波对电能表计量的影响，只将基波纳入功率检测范围，也就是说进行纯基波测量；第三，利用智能电能表分别计量基波与谐波的功率，从而对谐波电能进行测量。随着科技的发展，电能收费标准将越来越规范化，第三种方式势必会成为电能计量的主要发展趋势。

（二）谐波计量的发展

在实践工作中，我国绝大多数地区采用的都是全能量计量的方式。其优势在于，当基波电流波动不大时，所得到的测量数据准确性较高；但是，一旦谐波干扰超出装置允许范围，全能量计量表将会失去原有价值，反而导致误差增大。所以，分辨、区别谐波与基波是十分必要的，将二者分别计量将会是大势所趋。可以通过构建简易的电力系统，建立谐波作用下的德尔计量误差模型，从而对线性基波以及非线性谐波进行进一步对比分析，对谐波环境中电流的有效值进行检测、计量，进而達到计量有效谐波的目的。

（三）谐波电能表的发展

为了解决谐波干扰问题，在研发人员的不断努力下，谐波电能表出现在人们的视野中，专门应用于用户的电能计量领域。然而，由于谐波电量的收费并没有成熟统一的标准，因此谐波电能表的大面积推广应用还存在一定的困难。但是，谐波电能表在大量实验中所体现的优势是不容忽视的。谐波电能表几乎可以避免感应式电度表由于机械运行、配件损坏、倾斜度加大等因素所带来的计量失真问题。这种智能式电能表是基于单片机的基础之上，配置大容量芯片、汉字点阵字库等功能，使芯片功能更具专业性，在很大程度上拓展了电能表的量程以及容量，实现区分、分别计量谐波与基波的目的，具有测量基波有功电能、无功电能、消耗电能以及总电能的功能。与此同时，改进过后的智能电能表的频率覆盖范围更广，误差频率波动降低，也就是说，在谐波条件下，相对于感应式电子电能表而言，全新的智能电能表的误差要小很多，基本上可以满足分别计量基波与谐波的要求。

五、结语

综上所述，在电力供应过程中，电力谐波的起因相当复杂，且几乎是不可避免的，因而改进智能电能表，削弱谐波的影响显得尤为重要。然而，随着社会的不断发展，电力需求日益增大，非线性负载的比重逐步提高，谐波产生的几率大幅度增加，严重影响了电力计量的准确性。故而，相关技术人员应加大研究力度，提高谐波计量的准确性及反应性，实现分别计量谐波与基波的目的。

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（作者单位：国网辽宁省电力有限公司朝阳供电公司）