电力谐波对电能计量影响的分析与探讨

【摘要】文章结合电力系统中普遍存在电力谐波的现实情况，首先陈述了电力谐波的来源及其危害性，并在此基础上着重分析了电力谐波对电能计量的影响，提出了具体的谐波抑制措施，并就改进电能计量方法技术后的经济效益进行了简单的陈述，对提高电力系统电力谐波的抑制水平和电能计量新模式的应用具有一定指导意义。

【关键词】谐波;电能计量;影响;分析与探讨

1.前言

近年来，随着我国电力电子技术的广泛采用，在我们国家的电力系统中，非线性用户负荷数量越来越多，其谐波也向电网大量注入，影响电能质量的同时也给电能计量带来一定的误差，因此，降低电力谐波对电能计量的影响，才是提高用户以及供电部经济效益的关键，以下本文就来探讨并分析电力谐波对电能计量的影响

2.电力谐波的产生来源与危害

2.1 在电力系统中，产生谐波的设备、原因有很多，很难一一集中罗列概括出来，但是总结现场的经验来看，能够导致谐波产生的主要来源无外乎以下几个方面：

①各种型号大小的逆变设备、整流设备、变频设备和交流调压设备;

②较大的单相电力电子装置;

③电网中的变压器群;

④工业用电弧炉;

⑤电气化机车;

⑥高新技术产品中的元件，如敏感电子器件;

⑦静止补偿装置中的可控电抗器和饱和电抗器等。

2.2 电力谐波是有害而无利的：

①当非线性用户向我国电网注入谐波功率时，电力系统中的谐波和基波相迭加，其波形将会发生畸变;

②对旋转电动机的影响。谐波的频率比基波要高，这就使得电动机在磁滞、涡流和集肤效应下，能量的消耗增加。此外，在谐波电流的作用下，电动机还会产生额外损耗、铁损等等;

③对电力变压器的影响。一般来说，谐波也产生于变压器中，但该谐波电流通常较小，变压器一般不会因为该谐波而出现发热和铁损。但是，在起初接通电源的一瞬间，变压器中的谐波电流是巨大的，可能要超过额定电流数倍之多，虽然时间较短。正常情况下变压器不会造成危害，但谐波的谐振会放大电流影响变压器寿命;

④对电力电容器的影响。电容器是比较常用的电子元器件。电容器的特殊性质，导致其比其他电子产品更容易受到谐波的毁坏。电容器安全运行的主要威胁就是谐波。

3.电力谐波对电能计量的影响

3.1 谐波对电能计量合理性的影响

目前电能计量在谐波作用下有以下三种思路：

1）电能表准确反映实际功率，即谐波和基波的综合功率，称之为电能全计量方式，这也是目前国内的电能计量方式。

2）电能表不计谐波功率而仅仅反应基波功率，称之为基波电能方式。

3）电能表分别计量谐波功率和基波功率，称之为谐波电能方式。

由于国内目前采用全能量的计量方式，使得在谐波作用下的电能计量的准确性与合理性之间产生了矛盾。例如：在非线性系统中，对于受谐波功率的干扰，是谐波的“受害者”的线性用户，却还得为这一部分电能支付一定的费用;而恰恰相反，对于吸收基波电能中的一部分转化为谐波输入电网，是谐波的“制造者”的非线性用户，这部分电费却由线性用户支付。这是不合理的，并且也降低了电力系统的经济效益，影响了电网的安全而正常的运行。

3.2 谐波对电能计量准确性的影响

谐波对电能计量准确性影响，是指在谐波存在的情况下，电能表能否准确计量基波和谐波的总电能。产生谐波功率时，电能表反映的电能值E"可以表示为：

E"=C1E1+ΣChEh

式中Eh、E1分别为h次谐波和基波电能值，其符号可正可负，由实际潮流方向决定，Ch、C1分别为电能表所反映与h次谐波和基波电能成比例的系数。电力系统中最常用的电能计量表是电子式电能表和感应式电能表。感应式电能表只适用于在工频附近很狭窄的频率变化范围内，要求电流、电压为正弦波条件下才能保证最佳的工作性能。当系统中电流、电压波形因各种原因偏离正弦有畸变时，电能表电压线圈阻抗和转盘阻抗都会发生变化，紧接着造成电压工作磁通和对应的电流磁通变化，而导致转矩不能与平均功率成正比而产生附加误差，从而影响了计量精度。

但是，电网电流、电压在测量电能时，要经测量用互感器转换成弱电信号后才送入电能表，畸变信号经过测量用互感器，当因此测量结果的准确程度直接受到测量用互感器的准确度的直接影响，如果测量用互感器存在非线性时，互感器对各次谐波成分的转换比例就不一致，从而使被测信号发生变形。在这种情况下，测量误差会比较大。研究表明，在波形发生畸变的情况下，测量用互感器的波形变换误差随谐波次数的增加而非线性的增大，奇次谐波的波形变换误差比偶次谐波，相对来说就较小。

4.谐波的抑制手段

4.1 增加换流装置的相数。供电系统主要谐波来源之一就是换流装置。理论研究分析表明，当增加换流装置的脉动数时，换流装置在其交流侧与直流侧产生的特征谐波次数可以有效的清除幅值较大的低频项，从而大大地降低了谐波电流的有效值。

4.2 有源滤波法和无源滤波法。从谐波的产生源头抓起，设法在谐波源附近防止谐波电流的产生，是减少谐波对供电系统影响的最根本方法，这能从源头上实现对电气设备的保护，从而有效降低谐波电压。防止谐波电流危害的方法有：

①主动的预防谐波电流的产生，即有源滤波法，其基本原理是利用关断电力电子器件产生与负荷电流中谐波电流相位相反、分量大小相等的电流来消除谐波。

②被动的防御，即在已经产生谐波电流的情况下，采用传统的无源滤波的方法（由一组无源元件：电容、电阻和电抗器组成的调谐滤波装置）减轻谐波对电气设备的危害;

5.分析改进电能计量方法技术后的经济效益

5.1 电能计量的精度关系到我国电力的经济效益，因此电能表作为电能计量的基本量具，提高电能表的计量准确度，选择合适的电能计量方式，可以有效降低电力谐波对电能计量的影响。为了合理计量用户所消耗的电能，因此应针对含高次谐波的线路用户，选用电量平衡统计以及贸易结算电能表，严格按照国标要求来进行谐波治理，选择合适的电能计量方式，可以有效降低电力谐波对电能计量的影响。

5.2 在电能计量中可选用基波电能表，因此在这种电能表中其电流电压输入同路和AD转换之间，还装有低通的滤波器，可以只反映出基波电能对于谐波电能，就可以用宽频带电子表来测得，然后减去基波电能，如果其结果为正值，就表明该负荷是线性负荷吸收了电力谐波;如果结果是负值，就说明负荷是非线性负荷，是正在向电网中注入的电力谐波。

5.3 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，对吸收电力諧波的用户，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，在基于学术研究以及工程应用的基础上，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。

6.结论

总之，笔者所做的分析探讨，仅仅是针对电能计量的一些粗浅的探讨，更多的行之有效的谐波抑制措施以及电能计量方法，得源于广大工作技术同行人员的共同努力，才能够实现电力系统电能计量的科学而准确的计量。

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