谐波对电能计量的影响

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摘要：电能计量的准确性影响着电力企业与电能用户的利益。本文通过分析电网中谐波产生的原因，进一步分析了谐波对电能计量产生的影响，最后提出了采用分频技术等方法来排除谐波对电能计量的影响。

关键词：谐波 电能计量 影响

中图分类号：TM933文献标识码：A文章编号：1007-9416(2011)11-0215-02

随着市场经济的快速发展，对电子电力技术的使用也越来越多，电力也作为商品进入到市场，使得电力企业获取经济效益。同时，电能作为国民经济与人民生活的重要能源，加速了我国各行各业的发展。电能计量在电力营销发展中，却面临比较多的挑战，主要来自电力企业本身对电能计量的准确有严格的要求与电能用户对电能计量的可靠提出要求。目前，随着电力电子设备等非线性负荷应用的增大，对供电系统的电压波、电流波产生干扰，使其发生畸变，产生出大量的高次谐波，对仪表、仪器的计量数据造成影响，因而，谐波对电能计量的影响也成为目前电能普遍关注的问题。

1、谐波的产生原因

在电力电子装置出现之前，主要的谐波主要来源于变压器，这种谐波是以三次谐波为主的奇次谐波，但是它的量值并不大，现阶段由变压器产生的谐波源不是主要的，取而代之各种电子装置已经是产生谐波的主要来源，还伴随着居多多次谐波的组合。电子电力技术应用的装置中通常情况采用了二极管来把交流电转换成直流电，目前，除了二极管具有交流变换为直流被广泛应用之外，桥式整流器与大电容器滤波也可以作为直流转换为交流的变换器而常被用到。在电子开关、电化学工业整流等装置中存在大容量滤波电容器，会使二极管的导通角变得非常小，只有在交流电压正弦波最大值的附近能导通，这样会让交流输入电流波产生比较严重的畸形，三次谐波有时候会在基波以上，形成窄尖峰脉冲，所以线路功率因数非常低，一般小于0.6。因为电网当中用电器的功率消耗总会比供电线路与变压器的功率要小，所以任何线路上面的电压畸变总要小于电流畸变。总之，铁磁饱和设备（变压器、电抗器等）、电子开关装置（整流感、双向晶闸管等）、电弧装置（电弧焊机、炼钢电弧炉等）都是产生谐波的主要来源。

2、谐波对电能计量装置的误差影响

2.1 电磁感应式电能表

电磁感应式电能表的设计是依照基波的原理实现的。如果基波的外面还有高次谐波分量电压与电流的时候，电磁感应式电能表的电压线圈的阻抗与旋转圆盘阻抗会发生变化，这样就会产生电能表的计量上面的误差。除此之外，还因同时存在基波与谐波，这些不同的波形会出现相互叠加，这样就使得波形出现畸形，然而电压与电流线圈为铁磁线圈，呈非线性。如果想得到平均功率，电路理论中要求具有相同频率的电压与电流相互作用。但是，电磁感应式电能表在畸变的电压与电流通过电磁器件的时候，磁通不能够与波形发生相对应的变化，这样会使得电磁转矩不与平均功率成正比，也就是说，使用电磁感应式电能表中若存在谐波，就会因为不同频率的正弦电压与电流产生的电磁转矩叠加，不能够计量谐波有功电能，从而产生电磁感应式电能表计量上的误差。

2.2 全电子式电能表

全电子式电能表是通过对用户供电电压和电流实时采样，采用专用的电能表集成电路，对采样电压和电流信号进行处理并相乘转换成与电能成正比的脉冲输出显示。全电子式电能表在进行数值计算的时候，中央处理器能够采样到不同频率的并且按照正弦规律变化的电压与电流的瞬时值用来计算，理论上，这种计算方法能够有效地记录到电路负载当中基波与谐波总的平均功率值以及使用电量。但是在全电子式电能表实际的使用中，会因谐波电流的流动方向与电路中负载电流所流动的方向相反，这样就会导致一旦谐波从负载流向电网，所得到的电能比实际会要小，主要是因为全电子式电能表将基波的有功电能与谐波的有功电能求了代数和，电能表所记录下来的点能量会比负载所消耗的基波电能要小，这样全电子式电能表就会出现电能计量的误差。谐波对全电子式电能表计量的影响还会因外界条件的变化比如温度、频率、电压电流等而存在，同时还与得到电能量的计算方法有关。

3、谐波环境下准确合理的电能计量方法

在目前的电子电力技术当中，不使用产生谐波的设备，现实肯定是做不到的，那么在谐波充分存在的环境中，准确合理地对电能进行计量，肯定是需要采取一些方法或者措施。为了减少谐波对供电系统的影响，最根本的思想是需要从产生谐波的源头抓起，想办法在谐波源的附近防止谐波电流的产生，这样来降低谐波电压。防止谐波电流产生危害，除了采用无源组件、电容器、电抗感与电阻组成的调谐波装置来减轻谐波对电气设备的危害，还对功率因数进行适当的补偿。在谐波环境下对电能进行准确合理的计量，我们主要要对功率有完善的认识，含有有用功率与无用功率。谐波所产生的功率为谐波功率也就是无用功率，不需要计算到称量当中去；而由基波产生的基波功率为有用功率，因此充分辨别基波与谐波各自产生的功率部分非常重要。就基波与谐波产生不同性质功率为出发点所采用的方法主要有如下几种。

3.1 采用频率陡降的电能表

频率陡降的电能表又称基波电能表，这种电能表只对由基波产生的功率进行计量，而不会对谐波功率有计量。它只对线性负荷有效，不会对非线性负荷产生计量。采用这种频率陡降的电能表就能从根本上排除谐波对电能计量的影响。

3.2 采用分频技术制作的电能表

采用分频技术可以对基波电能与谐波电能及其方向分别来进行计量，并且可以利用电费杠杆来进行调节。电用户的电费就会由三部分所组成，第一部分为基波电费，第二部分为产生或者发出谐波电能所应该承担的惩罚性的电费，第三部分为能吸收或者消耗谐波电能所获得的奖励性电费。之前传统的定义当中，把谐波电压与基波电压共同构成了有效电压，把谐波电流与基波电流共同构成了有效电流，这样谐波产生的功率与基波产生的功率一起构成了有效的功率。因此，对通常用到的电压表或者电流表以及有功功率表的频率特性以固定不变为理想，但是这样的情况，实际上将谐波量与基波量等同对待了，也就是说传统的计量电流、电压、功率的仪表所测量出来的数据里仍然含有谐波量，而不能准确反映出基波的电气量。在日渐复杂的电子电气环境中，传统观念中的电能计量仪器对电能进行计量就会出现比较大的出入。传统的电能仪器表因把谐波与基波混为一谈，计量准确性越高，所计量的数据越不合理，但是我们现在采用分频技术而制成的电能表就能够比较有效地解决这个问题。利用分频技术制作的电能表不但能对负荷所消耗的基波电能进行计量，还能计量负荷所消耗谐波电能的传递方向与大小，这样可以对电力系统中产生谐波污染的具有非线性负荷的用户进行惩罚，对只产生线性负荷的用户进行奖励。因此，采用分频技术制作的电能表计量就能有效地避免谐波对电能计量的影响。

3.3 采取技术与管理两个方面的措施

在电子电力技术当中，为减少谐波对电能计量的影响，可以加强采取技术与管理两个方面相结合的措施来抑制。对于非线性负荷进入电力系统的准入制度需要严格加强对待，充分落实谐波的低含量，将其控制在国家规定的标准范围内。只有当谐波占有的含量在允许的范围之内的时候，所计量的电能的准确性才能得到一定程度的保证。

4、结语

综上所述，现代电力电子装置的使用带动了电力的进一步发展，同时因为这些电子装置中存在铁磁元件、整流感等非线性设备与负荷，从而会产生谐波。谐波的存在对电磁感应式电能表、全电子式电能表等电能计量仪表的计量产生影响，使计量数据出现误差。如果要在谐波存在的情况下也能准确地得到电能计量，需要采取一些方法，主要须区分去有用功率与谐波功率。频率陡降的电能表只能对有用功率进行计量，也就是只对线性负荷作用，它能比较好地排除谐波的影响；分频技术的应用也能区分去基波电能与谐波电能；采取技术与管理两个方面的措施也可以有效控制谐波的影响，严厉执行非线性负荷准入制度，从最大程度抑制谐波的含有量，只有谐波的含量在比较低的并且允许的范围之内的时候，电能计量的误差就会相对小许多。谐波存在电路当中，影响着电能计量的准确，阻碍着电力企业的健康发展以及用户的利益保障，所以，我们仍需不断思考有效办法区分基波功率与谐波功率，维护好企业与用户的利益。

参考文献

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作者简介

程志强,男,1973年出生.汉族.宁夏大学电力系统自动化专业本科毕业,工程师.现任宁夏电力公司电能计量检定中心中心计量所主任,从事15年电能计量工作,曾主持宁夏中卫地区厂站及用户专变用电信息采集系统建设工作,在《宁夏电力》中发表《如何降低电能计量的综合误差》等文章.

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