諧波對電能計量的影響研究

文/鄧一鳴 國網鹽城供電公司 江蘇鹽城 224000

諧波對電能計量的影響研究

文/鄧一鳴 國網鹽城供電公司 江蘇鹽城 224000

諧波在電力系統中是客觀存在的，不可能完全消除，而電力諧波的存在會對電能計量產生一定的負面影響，導致計量結果不準確，進而影響電力企業以及電力用戶的切身利益。本文結合諧波產生的原因，分析了其對于電能計量的影響，并提出了有效的應對措施，希望能夠為電力諧波的治理提供一些參考。

諧波；電能計量；影響

在電力電網中，非線性負載的增加會引發電力諧波問題，進而加速絕緣老化，引發附加線損，降低設備的工作效率，產生的危害不容忽視。不僅如此，電力諧波的存在，還會影響電能計量工作，損害電力企業和電力用戶的利益。在這種情況下，做好電力諧波的治理工作，保證電能計量的準確性，成為電力工作人員重點研究的課題。

1、電力系統中的諧波問題

最初的電力諧波源是變壓器，主要是其次諧波，以三次諧波為主，不過其量值較小。而伴隨著電力系統的飛速發展，電力電子設備取代變壓器成為了主要的諧波源，在其運行過程中，通常都會利用二極管，將交流電轉化為直流電，或者利用橋式整流器將直流電轉化為交流電，而在電子開關、工業整流設備中，存在著一些容量較大的濾波電容器，會導致二極管導通角變小，必須在交流電壓正弦波最大值附近才可以實現導通，使得交流輸入的電流波出現了嚴重畸形的情況，三次諧波甚至會在基波上形成窄尖峰脈沖，降低線路的功率因數。在現代電網中，變壓器、電抗器、整流器等都是諧波的主要來源[1]。

2、諧波對于電能計量的影響

諧波對于電能計量的影響主要體現在兩個方面，一是對于電能計量方式的影響，二是對于電能計量裝置的影響，這里分別對其進行分析。

2.1 對電能計量方式的影響

在以往的電能計量方式中，一般都會采用計量全能量的方式，受電力系統本身規模以及相關技術的限制，諧波造成的影響相對較小，因此在計量過程中可以忽略諧波因素。但是，伴隨著電力電子技術的飛速發展，各類電器設備不斷涌現，在提升電網供電能力和穩定性的同時，也使得電網的結構變得越發復雜，諧波的來源更加廣泛，影響也在不斷擴大，成為必須關注的問題。全能量計量方式在實際應用中存在著一定的局限性，一是在非正弦供電的線性負荷中，電能表計量的數值實際上是基波電能與部分諧波的代數和，諧波的存在增加了用戶的用電成本；二是當用戶負荷為非線性時，其本身就會產生電能和諧波功率，并且使得一部分電能倒流回電力系統，電能表計量的數值實際上是基波電能減去這部分倒流的電能，會損害電力企業的利益；三是當負載非線性，電源畸變時，負荷不僅會吸收基波與諧波，還會使得諧波倒流回電網，使得電能計量變得更加復雜[2]。

2.2 對電能計量裝置的影響

（1）感應式電能表：感應式電能表是依照基波頻率設計的電能表，其本身具備較高的靈敏度，不過如果電網中的電壓與電流正弦波產生畸變，則電能表計量的準確性也會受到影響。在電網中的負荷電壓及電流和固定的前提下，頻率如果出現變化，電壓線圈以及轉盤的阻抗會隨之改變，電壓工作磁通和電流磁通也會產生變化，進而影響電能表計量的準確性。另外，存在于電網中的諧波會與基波迭加，引發波形畸變問題，而由于電流與電壓鐵芯導磁率非線性因素的影響，一旦電壓與電流的波形出現畸變，則磁通無法產生相應的變化。感應式帶能表必須在頻率相同的電壓和電流產生的磁通之間互相作用時，才能夠產生轉矩，進而正常運轉，換言之，當存在畸變的波形經過電磁元件時，由于磁通無法形成與波形的對應變化，會影響轉矩與平均功率的正比關系，產生附加偏差，對電能表計量的準確性造成影響。

（2）電子式電能表：與感應式電能表相比，電子式電能表的功能更加全面，準確度也更高，操作和使用簡單，因此已經逐漸取代了感應式電能表。電子式電能表的工作原理，設計對用戶的供電電壓和電流進行實時采樣，結合專用的電能表集成電路，實現采樣電壓與電流信號的處理和轉換，形成與電能成正比的脈沖輸出顯示[3]。在進行數值的計算時，處理終端可以對不同的頻率進行采樣，同時依照正弦規律變化的電壓與電流瞬時值，得到準確的計算結果。從理論上講，這種計算方法可以實現對于電路負載中基波與諧波總平均功率值以及實際用電量的可靠記錄。相比較感應式電能表，電子式電能表的頻率曲線幾乎不存在衰減問題，其對于高次諧波功率的響應與基波一致。不過，電子式電能表平等對待基波功率與諧波功率的做法，會在一定程度上增加計量的誤差。

3、應對諧波影響的有效措施

3.1 改進電能計量方式

從諧波對于電能計量方式的影響分析，全能量計量方式存在著一定的缺陷和問題，在無法徹底消除諧波源的情況下，想要保證電能計量的準確性，就必須對電能計量的方式進行改進和創新，將基波電能與諧波電能分開計量，這樣，不僅充分考慮了負載吸收和發出的諧波功率，而且能夠有效消除諧波所帶來的不良影響，保證計量結果的準確性。

3.2 優化電能計量裝置

一是可以采用頻率陡降電能表，或者也可以說是基波電能表，由于其本身可以區分基波和諧波，而且只會對基波產生的功率進行計量，能夠從根本上排除諧波對于電能計量的影響；二是可以結合分頻技術，對電能表進行改進和優化[4]。分頻技術的應用，可以分別對基波電能、與諧波電能及其各自的方向進行計量，同時結合電費杠桿進行調節。在這種情況下，用戶的電費可以分為三個不同的組成部分，首先是基波電費，其次是產生或者發出諧波電能，所需要承擔的懲罰性電費，然后是吸收或者消耗諧波電能獲得的獎勵性電費。在以前的電力系統中，有效電壓不僅包括了基波電壓，還包括了諧波電壓，有效電流同樣包括了基波電流和諧波電流，在這種情況下，有功功率也就同時包括了基波產生的功率以及諧波產生的功率。常規的電能表或者有功功率表的頻率特性固定，看似理想，實際上是將諧波量與基波量等同了，換言之，計量儀表顯示的數據中含有諧波量，并不能準確的反映基波的電氣量，因此，電能表的計量的準確度越高，得到的數據反而越不合理。以分頻技術對電能表進行優化改進，使得電能表不僅能能夠準確計量負荷消耗的基波電能，還可以對諧波電能的大小以及傳遞方向進行計量，從而避免了諧波對于電能計量的負面影響。

3.3 強化電力諧波管理

想要對電力諧波的負面影響進行有效應對，可以從技術和管理兩個方面進行控制。應該強化電力系統準入管理，如果非線性負荷進入電網中，必須重點關注，嚴格對待，落實諧波的低含量，確保其不會超出國家規定的標準范圍[5]。

結語：

總而言之，在電力系統中，諧波是一種客觀的存在，不可能完全消除，其不僅會影響電力系統的安全穩定運行，還會從計量方式和計量裝置兩個方面，影響電能計量的準確性，影響電力企業和電力用戶的切身利益。對此，電力技術人員應該重視諧波的治理，對電能計量方式和電能計量裝置進行改進和創新，保證電能計量結果準確可靠，推動電力行業的穩步發展。

[1]劉座銘,呂項羽,常學飛,張宗寶.電力諧波對電能計量的影響及治理措施[J].吉林電力,2013,41(2):32-34.

[2]薛永.諧波對電能計量的影響[J].廣東科技,2013,(20):57-58.

[3]李軍浩,胡泉偉,吳磊,等.電網諧波對電能計量影響的仿真分析[J].陜西電力,2011,39(6):1-5.

[4]王磊.諧波對電能計量的影響分析[J].科技致富向導,2014,(30):77-79.

[5]劉喜.電力諧波對電能計量影響的分析與探討[J].中國科技縱橫,2015,(10):166.