電力諧波對電能表電能計量的影響研究

史雪琪

國網內蒙古東部電力有限公司電力科學研究院

電力諧波對電能表電能計量的影響研究

史雪琪

國網內蒙古東部電力有限公司電力科學研究院

隨著國民經濟的飛速發展和人民物質水平要求的不斷增加，電能在國家的核心發展中占據著重要的地位。而在當前的電力系統，在通過非線性設備時，正弦供電非正弦電流也就是我們所說的諧波電流，諧波電流的產生只跟自身特性、工作狀態和外加電壓相關。諧波具有一定的危害性，比如破壞正常的供電電壓，降低整個電網的供電質量，進而威脅到電力系統的安全運行，對用電設備及以外設備產生危害。因此，必須采取措施將流入電網的諧波電流和諧波電壓控制在允許范圍以內。

電能計量；諧波；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，是非常必要的。

1 諧波的來源

在傳統電網中，由于網絡架構簡單，諧波源一般只有變壓器，而且諧波電流極小，基本上不會對電力系統產生很大的影響。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。

2 諧波對于電能計量的影響

2.1 對電能表電能計量準確性的影響

在電子式電能表實際應用中，電網的電流和電壓都必須進行測量，通過互感器將電壓和電流轉化為弱信號流入電子式電能表，因此互感器的運行狀態和準確度對于電子式電能表電能計量數據的準確性也有著直接的影響，若互感器具有非線性特性，其在通過畸變信號時，產生的各次電力諧波成分轉換比例不同，導致電能表電能計量數據發生較大形變，造成較大誤差。

感應式電能表。電能表運行過程中的特定頻率是探究電能表電能計量數據發生波形畸變的重要依據，通過查看電能表頻率響應曲線是否均勻、平坦，分析電力諧波對于電能表電能計量數據誤差的影響，在電流電壓為正弦波、頻率范圍較窄、距離工頻較近等條件下，感應式電能表可保持穩定、正常的運行，處于最佳的工作狀態。當運行系統的電流和電壓波形不符合正弦波變化特點時，感應式電能表的電能計量準確性會明顯下降，電流電壓的諧波越大，誤差也越大，不能正確進行電能表電能計量。

2.2 對計量方式的影響

首先，在非正弦供電的線性荷載中，采用全能量計量的方式，得到的數值同時包含了基波電能以及部分諧波電能，導致了用戶用電量的增加；其次，在電網中，非線性負荷會產生相應的諧波功率，其中的一部分會輸入到電網中，在這種情況下，電能計量得到的數值實際上是用戶的用電量減去輸入到電網中的諧波功率，較實際偏小，損害了電力企業的利益；然后，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。

3 應對諧波影響的有效措施

3.1 全能量電能計量法

電力系統中電能表電能計量數量是有功功率，采用全能量電能計量法，配合電子式電能表，可極大地降低電子式電能表的電能計量誤差。但是需要注意的是電子式電能表同時計量電力用戶終端的電流諧波有功電能，使得非線性電力用戶的電能計量數據減少，因此這種全能量電能計量法只適用于影響力小、電力諧波小的電力系統。

3.2 帶加權系數計量法

帶加權系數計量法是一種基于基波電能計量的方法，結合帶加權數據進行電能計量。當前，帶加權系數計量法還處于研究階段，而采用這種方法可得出更加真實準確的電能數據，可全面反映出諧波電能和基波電能，因此帶加權系數計量法適用于電力諧波分布廣泛或者包含大中型電力用戶的電力系統。隨著我國現代化信息技術的快速發展，相信帶加權系統計量法的應用范圍將越來越廣泛。

3.3 選擇合適的電能表

在電能表電能計量中，對于電力系統中的同一個計量點，如果電力諧波超過我國電網的相關標準，可采用準確級相同的電磁感應式電能表或者全電子式電能表，也可采用多功能電能表，準確計量諧波分量。當大功率變流設備向電力系統注入大量電力諧波時，感應式電能表可準確記錄基波消耗的有功電能；當電力系統自身產生大量電力諧波時，可應用全電子式電能表，準確、真實地進行電能計量。

3.4 加強相關的管理

一是強化系統準入管理，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；二是構建完善的諧波管理體系和諧波管理隊伍，重視宣傳工作，使得電力企業和電力用戶都能夠參與到諧波的治理中，對諧波源進行有效控制，減少電網污染；三是應該做好電網分析和測量，對諧波源的位置和產生原因進行明確，為諧波的治理奠定良好的基礎。對于嚴重的諧波源，需要做好跟蹤管理，對相關數據進行收集，如果發現用戶設備產生的諧波超出了相關規范的允許值，則應該要求用戶進行整改。

總而言之，在電力系統中，諧波是客觀存在的，并不能完全消除，其不僅會導致電網的污染，而且會影響電能計量的準確性，損害電力企業和電力用戶雙方的利益。對此，電力技術人員必須強化認識，分析電力系統的諧波源，了解諧波產生的原因及其對于電能計量的影響原理，采取切實可行的技術措施和管理措施，做好諧波的治理工作，提升電能質量，保證電能計量的準確性和可靠性。

[1]馮海清.關于諧波對電能計量的影響及解決措施的分析[D].山東大學，2015.

[2]李琳.電力諧波對電能表電能計量的影響分析[J].硅谷，2015，04：195+192.

[3]尹明，龐兵.電力諧波對電能表電能計量的影響探究[J].山東工業技術，2015，18：166.