電力諧波對電能表計量的影響

歐君禮

佛山市質量計量監督檢測中心 廣東佛山 528000

電能表表達出的計量數據是電力企業收取電費的憑證。計量數據的準確性、合理性會影響到發電方、供電方、電力用戶的經濟利益。此外，電力系統的許多技術指標的核算也要借助電能計量數據。受到電力諧波的影響，電能計量的準確性以及合理性會受到影響，這會導致電力企業的許多工作難以實施，用戶的經濟利益也會受到影響。研究電力諧波對于電能計量產生的影響，找出解決措施，是電力系統要解決的重點課題[1]。

1 電力諧波的產生與危害

1.1 產生電力諧波的原因

諧波的產生是由于存在諧波電流源，多源于變壓器的勵磁電流以及發電機的轉運。由于大量的電子設備得以應用，電子設備及元器件會成為諧波源。一般條件下，電壓存在的正弦基波作用于非線性設備時，設備的電流和電壓波會受到影響，電流的波形會有所改變。電網存在聯通性,諧波會進入到輸電網絡中,諧波源因此產生。

1.2 電力諧波存在的危害

電力諧波會對變壓器產生影響。在電源起初接通的初始階段,變壓器中會存在巨大的諧波電流,會高于額定電流數倍,但是由于持續時間較短，不會對變壓器正常運行產生危害。但是由于諧波存在的諧振，電流會被放大，變壓器的壽命會受到影響，還會影響到電動機。基波的頻率要低于諧波,電動機處于磁滯、渦流、集膚狀態下,能耗會增加。此外，由于諧波電流的存在，電動機的額外損耗、鐵損等會增加。會影響到電力電容器。電容器具有特殊的性質,與其他電子產品相比，更易受到諧波的影響。由于諧波的存在，通信線路會受到干擾,會通過電磁感應、電氣傳導、電容耦合對通信線路產生影響。在通話中,由于諧波的作用會影響到通話質量。在基波的作用下，通訊設備的穩定性會受到影響[2]。

2 電能計量中諧波所造成的影響

2.1 電諧波導致計量不合理

基于理論角度，計算電能要結合基波電能以及諧波電能的累計。在實際中，電力系統的運行條件較為復雜，電能計量會受到諧波干擾的影響，因此計量的合理性受到影響。

（1）電能表計量要計算基波電能，還要針對諧波電能。而電能負荷處于線性條件下，電能表達為非正弦。電力用戶由于受到諧波的作用，電能表計量數據因此難以保證準確，用戶電費計量的收取豐承不合理因素。

（2）電能負荷如果在線性負荷條件下是最為有效的狀態，但是電網的實際運行并非處于理想條件下。電能負荷如果在非線性負荷條下，諧波功率就會產生，部分電流因此會進入到電力系統中，電能表計量方法表達為基波電能和倒進入系統的諧波電能。由于受到非線性負荷作用，不僅會有諧波污染，還會使電能表計量數據偏小，電力部門會受到經濟損失。

（3）如果電能負荷處于非線性負荷條件下，電源會發生變化，電網中的負荷處于運行狀態時會受到基波電能與諧波電能的共同作用，部分諧波會進入到電網中，電網運行的會受到干擾[3]。

2.2 電諧波影響到電能表計量的準確性

電力系統諧波會對電力計量的準確性產生影響，此類影響是指在諧波電流與電壓的共同作用。電能計量當前采用的電能表主要為電子式電能表，還有部分感應式電能表。在電能測量中，電子式電能表會受到各類信號波的影響。由于電流存在正函數的正交性，電流信號發生畸變，功率電壓也會發生畸變，引發計量誤差。其原理如圖1所示。如果誤差很少，能忽略不計，計量的準確性不會受到太多的影響。電網中的電流和電壓受到互感器的作用產生了弱信號會進入到電能表中，這導致互感器在非線性特性作用下信號發生畸變，電能表的計量數據存在誤差。感應式電能表的應用原理是通過對特定頻率的識別來生成數據。如果電能表的數據受到波形畸變的影響后，會影響到電能表的頻率響應。由于電流與電壓的波形變化會背離正弦波，因此電能表計量的計量準確性會受到電力諧波的不利影響。

圖1 電子式電能表的原理框圖

3 電力計量中控制電力諧波影響的主要措施

3.1 計量采有全能量電能法

全能量條件下的計算方法針對電能有用功,這種方法的優勢是特別適用于電子式電能表的計量,可以有效降低電子式電能表計量電能存在的數據誤差。由于存在電力諧波，電力用戶計量帶有了額外電能,這會增加線性負荷用戶的電費,但是會減少非線性用戶的電費計算,因此方法可以適合用電力諧波較小、影響力較弱的供電系統中[4]。

3.2 計量采用基波電能

分析基波電能可知,電能計量多針對線性負荷用戶,與常規的計量方式有所不同,這種方式可以有效消除線性負荷用戶多繳納電費現象。對于一些電力系統或者電力用戶來說，如受電力諧波的影響較大,其安裝的電力設備會對電子式電能表、感應式電能表中的回路產生濾波,在此種條件下,有效功率多屬于基波電流。應用基波電能計量法能有效消除電力諧波對于計量數據真實性產生的不利影響。

3.3 加權系數的計量法

此計量方法的特點是將基波電能計量法作為前提,借助加權系數而進行電能計量的一種方法,當前此方法由于出現時間不長，還在探究階段,但是借助此方法計量的數據可以真實體現出基波電能，準確表達諧波電能,此種計量方式因此可以廣泛適用于大中型電力用戶，特別是應用于電力諧波污染嚴重的電力用戶。隨著電力技術的發展，計量技術的進步,此種方法的應用會受到電力企業的廣泛認可。

3.4 電力諧波的合理利用

面對電力諧波存在的不利影響，當前電力計量可借助多種方式對其合理利用。①針對電力系統存在的諧波，為了保證電力計量的準確可將其過濾或忽略，此種方式有利于提升電表計量的抗干擾效果，測量多針對基波功率。②有效提升電表功率的反應敏感性，針對實際發生電量，電能計量表可以準確顯示，保證電量計量的便捷、準確。此類計量方式實現了基波功率與諧波功率的累加，一起加以計算。電能在實際計量時，不區分基波與諧波。③電能在實際的計量中，基波功率與諧波功率有了明確的表達，保證基波功率和諧波功率能準確計量。

3.5 提升諧波測量的可靠性

就目前技術條件來看，電力計量多采用的計量方式是全能化的，基于此種計量模式下，需要基波與電力都在穩定的條件下才可以保證計量的準確性。電力諧波對于計量方式產生的干擾作用如果高于設備可以承接的范圍，電能計量結果會受到很大的影響，因此會產生計量誤差。為了消除諧波對電能計量的影響，電能計量時要區分基波和諧波，還要區分出計量基波和諧波的變化幅度。解決諧波問題可以提升諧波測量的準確性。針對諧波的測量，既監測配電網中的諧波含量，還要分析諧波的潮流方向，監測諧波的流向，對于正反向諧波加以計量，要分別對諧波占有率、諧波電流電壓的變化幅度、相位的計量。當前電力諧波測量有多種方法：①測量順勢無功功率；②借助傅立葉變幻加以測量；③采用小波測量；④采用模擬帶阻加以測量。針對諧波無論采用什么要的測量方法，都要分析不同方法的優缺點。在電力諧波的測量中，當前主流方法是傅立葉變化方式。

3.6 提升計量方法的準確性

目前,許多電力用戶屬于非線性,電能計量要保證準確性的核心是準確分析出電力系統的諧波功率，還測量出吸收的諧波功率。測量諧波功率的影響,才可以準確計量電能,客觀分析諧波對電網造成的不利影響。電能計量可以采用諧波源判斷以及識別技術,針對諧波阻抗與功率潮流檢測能準確計量諧波功率,確保電能計量不會受到諧波功率的負面影響,保證計量的準確性。針對沖擊性負荷,數字式電能計量基于FFT時域內沒有應對局部變化的能力,電能裝置中要具有時—頻局部變化分析能力，以實現小波變換,使用此類方法,沖擊性負荷條件下可以準確計量電能的實際消耗量。

4 結語

電力諧波的產生是難以避免的。在當前的技術條件下,電力諧波會影響到電能計量的準確性與合理性,影響到用戶的合法利益,優化電力計量的方法,借助先進的技術,可以提高電能計量的準確性,確保電力系統計量的可靠性。