电力谐波对电能计量的影响研究

摘要：用电量越来越多，造成电力系统的非线性负荷提升，那么电网谐波的污染也越来越严重。由于谐波对电能计量准确性的影响较大，因为了能够准确的计算出电能计量。文章分析谐波对电能计量的影响产生的原因，探讨其影响。

关键词：电力；谐波；电能计量；影响

中图分类号：F416文献标识码： A

引言

在我国的电力建设中，非线性用户向电网注入的谐波越来越多，其不仅影响电能计量，还将造成计量漏计的现象，严重危害电力安全。

一、谐波概念和对电能计量影响的作用原理

谐波是指一个周期电气量的正弦波分量，通常情况下，其频率是基波的整数倍，人们通常也称谐波为高次谐波。

电网中的非线性负荷设备产生的谐波会影响电网系统的电能质量，使得电力系统中的电流、电压发生严重的畸变。这种畸变的作用原理是正弦基波电压施加在非线性负荷时，负荷吸收的电流与实际施加的电压波形不匹配，于是发生畸变、)畸变的电流将会对电流回路中的电子设备和负荷产生影响，设备和负荷在吸收畸变电流后会分解成基波和一系列谐波电流分量。电流回路系统中的高次谐波对电流互感器和仪用电压互感器进行二次侧变换产生影响，即使得二次侧的波形无法完成与一次侧输出的波形相关匹配，进而形成误差、

与此同时，我国常用的电能表大多数使电磁感应式电能表，该种电能表是在基波的计算条件下设计的。但是由于电网中谐波的存在，使得电压电流波形发生畸变，而该种电能表的铁磁元件是非线性的，其磁通无法进行线性变换。在这种情况下，电磁感应式电能表在电压和电流的磁通情况下产生机械的转矩，但是畸变波形在通过电磁元件后，磁通无法随着波形而相应变换，形成了计量误差，严重影响电能表的计量精度。

二、电力谐波的产生原因

(1)当发电机的电源质量不高时，就将会产生谐波，这是因为发电机是由三相绕组而成的，这在制作上是很难绝对对称的，因此，其发电机的铁心也难做到均匀一致，因此，其产生的电源多少也会带有少量的谐波。

(2)在用电设备中，大都会采用晶闸管整流，特别是在开关电源、电力机车、充电装置、铝电解槽上也得到了广泛的应用，这就会产生大量的电力谐波。对于电弧炉、电石炉等，会因为三相负荷的不平衡而产生电力谐波，从经变压器注入电网，而在气体放电类的电光源中，如荧光灯、高压钠灯、高压求灯，也会给国家电网造成电力谐波，对于调光灯具、电视机、计算机、录像机等家用电器，也会因为调压整流装置而产生电力谐波，严重影响电能计量的准确性

(3)在国家电网中，其输配电系统也会产生电力谐波，这是由于输配电系统的电力变压器里面，会因为变压器铁心的饱和使得磁化电流旱现出尖顶波形，因此具有电力谐波。

三、电力谐波对电能计量所产生的具体影响

（一）对与不同类型的电能表频率进行响应测试，其中感应式电能表在2次以上的电力谐波中衰减特性逐渐增大，直到第9次时，可以衰减掉80%以上，因为在感应式电能表中，其圆盘涡流路径等效与圆盘阻抗角，可以随频率增高而去增大然而电子式电能表中，它是旱宽带响应特性的，因此它的电子表带宽会受到互感器频带以及乘法器时钟频率的限制。

（二）电力谐波不仅会增加电动机的有效轴功率，还会增大其附加损耗，严重缩短电机寿命，损害我国电力系统的运营安全，在电磁感应式电能表中，会因为系统频率偏移以及谐波的影响而产生误差，这是由于电磁感应式电能表，其设计就是按基波来情况考虑的，当负荷电压与电流不变时，其频率的变化以及电压线圈阻抗的变化，均会会导致其电能表中电压工作磁通的改变，而且电能表中，也会由于转盘阻抗变化，从而引起电流磁通的变化，影响电磁感应式电能表测量的精度。在感应式电能表基础上，改进感应式电能表电能计量的非线性数学模型，以个能量为计量标准或者是以基波能量为计量标准的时候，由于感应式电能表误差频率特性曲线下降，因此电能计量中电力谐波对感应式电能表测得的电能计量会产生较大影响感应式电能表频率的响应曲线，会随着频率增大而增大，因此，感应式电能表的电能计量要大于基波和各次谐波电能的和。

（三）谐波对于电能计量合理性的影响

将基波的电能与各次谐波的电能相加，就得出了所测量出来的电能。但是油于谐波受到负荷的影响会呈现出不同的状态所以，用户对于电网的要求往往是希望能够计量处基波电能从为这样做更具有合理性。但是从实际应用情况来看，由于用户多数使用非线性特征的负荷加果这些谐波流入到电网当中，就会造成电网谐波污染。从电力系统的角度来考虑，电网的负荷只呈现出基波电流和基波电压是最理想的了但是在实际操作中，这一点却与用户之间出现了矛盾。

线性负荷的电流和电压信号主要受到系统电源的影响肖电源释放出来的信号为正弦波的时候，此时线性负荷也呈现出正弦波，所消耗的是基波有功功率。如果出现非线性负荷那么电流信号发生崎变此时同频率电流和电压的积分构成了电路所消耗的有功功率。当电流和电压的信号都发生了崎变赊了基波的有功功率被消耗掉之外楷波的有功功率表也被消耗了。

四、消除谐波对电能计量的影响的对策

（一）又寸于装置的电路设计进行改进

为了消除高次谐波对于电能计量的影响，可以将电路的设计方案进行改变。使用高阶低通滤波器可以将高次谐波过滤掉，使电能表达到准确计量的效果。装置的核心部件采用高阶低通滤波器之后，将锁相倍频技术运用到其中肖有高次谐波产生的时候，这种技术可以实现自动跟踪滤波的功效，以避免谐波对于电网所带来的影响，采用这种装置其极具稳定性河以保证电能表计量的精确度。

（二）合理电能计量方式的选择

（1）电力谐波大量注入电网中，会使电力系统的电压以及电流波形发生严重的变形影响仪器、仪表的准确性，然而电力计量是关系到电力供需双方积极效益的关键，也是电网经济的核算依据，因此，降低电力谐波对电能计量的影响是十分必要的。

(2)在我国的电能计量中，对与同一计量点，当电力谐波以超过国标上的规定时可以采用相同准确级的个电子式电能表或者是电磁感应式电能表，也叮以使用具有训量谐波分量的多功能电能表。

(3)当电力谐波是大功率变流设备以及电弧炉等电力负载产生的时候，其电能表中会记录负荷消耗基波有功电能，此时采用电磁感应式电能表更合理，如果是电力谐波是山电网产生的时候，可以采用个电子式电能表，能反映出实际的电能计量电力谐波对电能计量的影响，可以采用合理的计量方式，按照电价体系中电力成本合理分摊的原则，对吸收电力谐波的用户，在其电力价格以及用电量上给予适当的谐波分量补偿，并按谐波分量比例调整用电价格，综合治理非线性负载用户谐波，用高精度电子式电能计费表计，降低谐波对电能计量的影响。

（三）谐波功率和基波功率分别计量

在影响电能表计量准确性的各种因素中赊了与谐波的电流与电压幅值存在着直接的关系之外，还与两者之间的相角差有关其中的谐波电能传递方式就是由谐波电流和谐波电压之间的相角差所决定的。基于此在进行电能计量的时候河以采用谐波功率和基波功率分别计量的方法，以避免无法快速而准确地判断谐波的流向而影响到电能计量的精确度。在电能表的使用上赊了技术上对于电能表改善设计思路之外还可以配合具有相应性能的电能表进行使用。比如将宽频带功率电能表配配合工频基波电能表使用就可以将谐波的流动方向甚至于大小都可以测量出来计量工作人员就可以据此找到非线性用户，并根据所测量出的谐波数据给予惩罚，以挽回电网的经济损失，同时还可以对现行用户进行补偿。

结语

高次谐波对电能计量的影响最为突出，高次谐波畸变电流和电压作用在电能计量器械中，影响电能计量器械的准确度，进而导致我国电力调度的不精确。因此需加强对谐波对电能计量的影响分析，提高电网系统的社会效益和经济效益。

参考文献：

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[2]王琨. 谐波对电能计量的影响与对策[J]. 通信电源技术,2014,01:104-105.