諧波對電能計量的影響及其對策探討

汪榮

摘? 要：電能計量如果受到諧波的影響，其計量的準確性將會大大降低。諧波會對電能計量裝置造成一定的影響，而諧波又是電力系統中不可消除的因素，于是，如何降低諧波對電能計量的影響便成為供電企業面臨的一項重要課題。分析了諧波對電能計量的影響，并提出相應的改進措施，以供參考。

關鍵詞：諧波;電能計量;互感裝置;基波電能

中圖分類號：TM933.4??????????? 文獻標識碼：A?? ????????????文章編號：2095-6835（2014）23-0007-02

電能表是最常見的電能計量裝置，在計量過程中因受到諧波的影響，其幅值與相位差會出現一定的偏差。因此，為了確保電能計量的精確性，就需要結合實際影響因素，采取切實可行的處理措施。

1? 電能計量存在的問題

當前，電能計量方式多選擇全能量計算，即計算基波電能與諧波電能的代數和。在實際應用過程中，當負荷為線性，而供電為非正弦時，電能表計量內容為基波電能與部分諧波電能。諧波的存在降低了計量結果的精確性，計算結果往往高于用戶應繳費用。而當負荷為非線性時，會出現部分非線性負載產生的諧波功率和電能倒流入系統中，則電能表計量的內容為基波電能與倒流入系統諧波電能的相減部分，最終計算結果低于用戶應繳電費。另外，當負荷為非線性、電源畸變時，負荷將從電網中吸收諧波電能和基波電能，部分諧波流入電網，整個計量過程更為復雜。

2? 諧波對電能計量裝置的影響

2.1? 諧波對互感裝置的影響

諧波對互感裝置的影響主要與諧波大小、方向、電能表以及安裝的PT、CT有關，諧波電壓、電流幅值發生變化時，會在一定程度上影響電能計量的精確度。為了研究諧波對互感器裝置的影響，設諧波電流幅值為In，諧波電壓幅值為Vn，相位差為θ，綜合相位誤差為△θ，則有：

e=VnIncosθ-VnIncos（θ+△θ）.??????????????????? （1）

由式（1）可以得出最大誤差為±2VnInsin（△θ/2）。當△θ發生變化時，最大誤差可能達到諧波電壓和電流乘積的2倍。

如果待計量系統中安裝有電磁式互感器電能計量裝置，且諧波頻率在2 kHz以下，那么電壓互感器二次測電壓降低、相位滯后;如果安裝有感應式電能表，一旦諧波次數在25以上，這時電能表基本不計量。即便存在計量行為，也會受諧波電壓和電流的影響，導致精確度降低。如果線路中諧波頻率比較高，那么電壓互感器二次側諧波電壓為實際值的3倍，相位誤差可以達到180°，此時，諧波對電能表計量結果的影響比較大。

如果待計量系統中安裝有電子式互感器電能計量裝置，對電能計量結果的影響主要取決于諧波對電能表的影響;如果待計量系統中安裝有電容式電壓互感器電能計量裝置，裝置二次側諧波電壓可以達到諧波的3倍，相位誤差達到180°，隨著諧波頻率的增大，對電能表計量結果的精確度影響也越大。

2.2? 諧波對電能表的影響

現在的電能計量常選用電子式電能表，它具有準確性高、功能全、操作簡單等優點，逐漸替代了傳統的感應式電能表。電子式電能表主要由輸入級、乘法器、分頻計數和V/f四個部分組成。其中，輸入級可以將電網中存在的電壓和電流經過互感器轉換成合適的小電壓信號，并將其傳遞給乘法器。電子式電能表的頻率曲線更為平緩，整個過程基本上不存在衰減情況。與感應式電能表相比，電子式電能表可以更準確地完成基波電能和諧波電能的計量。但在實際應用中，由于電子式電能表對待諧波功率與基波功率相同，對電能計量結果的精確度造成影響。

3? 改善諧波對電能計量影響的措施

3.1? 計量方式管理

3.1.1? 全能計量方式

全能計量方式的應用要求電能表可以準確地反映基波電能和全部諧波電能。其中，線性用戶電能表的讀數為W1+∑Wh，非線性用戶電能表讀數W1-∑Wh.在實際應用過程中，線性用戶感應式電能表的計量結果為W1+∑KhWh，存在的誤差△=∑KhWh-∑Wh<0，計量時存在少量諧波電能;如果選擇用電子式電能表，其計量結果接近W1+∑Wh，誤差△≈0.非線性用戶（諧波源）感應式電能表的計量結果為W1-∑KhWh，存在的誤差△=∑Wh-∑KhWh>0，計量時存在大量諧波電能;而電子式電能表的計量結果接近于W1-∑Wh，誤差△≈0.由此可以得出，選擇用全能計量方式時，電子式電能表的計量基本不存在誤差，此時選用有功電能表為最佳實施方案。但是在實際應用中，該方案缺乏一定的合理性，只適用于諧波含量小且影響小的電力系統中。

3.1.2? 基波電能計量方式

基波電能計量方式的應用可以準確反映基波有功功率和有功電能，但并不計量諧波有功功率，無論是線性用戶，還是非線性用戶，電能表只反映基波有功電能W1。在實際應用過程中，線性用戶感應式電能表的計量結果為W1+∑KhWh，存在的誤差△=∑KhWh<0，計量時存在部分諧波電能;如果選用電子式電能表，其計量結果接近W1+∑Wh，誤差△=∑Wh>0，計量中含有全部諧波電能。非線性用戶（諧波源）感應式電能表的計量結果為W1-∑KhWh，存在的誤差△=-∑KhWh<0;電子式電能表的計量結果接近W1-∑Wh，誤差△=-∑Wh<0，并且誤差絕對值更大。由此可見，在計量過程中，兩種電能表都不能準確計量有功電能。對于線性用戶，電能值大于基波有功電能，而對于非線性用戶，電能值小于基波有功電能，不利于維護電力企業和線性用戶的利益，并且應用電子式電能表存在誤差絕對值大的情況。如果選用此種計量方式，必須要選用專門的基波有功電能表。

3.2? 技術管理

為了降低諧波對電能計量的影響，對于存在電壓或者電流波形畸變的用戶，應該選用新型的數字電能表計量，或根據諧波測量的實際情況選用濾波裝置，盡量降低電力系統中存在的諧波含量，減少諧波對電能計量造成的影響，提高電能計量結果的精確度。

4? 結束語

電力諧波對電能計量存在較大的影響，降低了電能計量的精確度。為了保證電力生產、供電以及用戶的經濟利益，供電企業必須從實際出發，分析諧波產生影響的原因，然后從多個方面分析，采取切實可行的處理措施，爭取不斷提高電能計量的可靠性。

參考文獻

[1]胡志剛，許凱，崔永峰.電能計量芯片ADE7878在智能表中的應用[J].電測與儀表，2010（S2）：32-33.

[2]張峰.數據采集中濾波問題的探討[J].計算機時代，2010（07）：15-16.

〔編輯：劉曉芳〕

To Investigate the Effect of Harmonics on Power Metering and Countermeasures

Wang Rong

Abstract： If you are affected harmonic energy measurement， accuracy of its measurement will be greatly reduced. Harmonic energy metering device would have been affected， but also is a factor harmonic power system cant be eliminated， then， how to reduce the effects of harmonics on the energy measurement of power has become an important issue facing enterprises. The influence of harmonics on power metering and propose appropriate measures for improvement， for reference.

Key words： harmonic; energy metering; mutual inductance device; fundamental energy