分析电能计量中谐波的影响姚斌

分析电能计量中谐波的影响姚斌

姚斌左珊

（国网四川省电力公司成都供电公司四川成都610000）

摘要：在电力系统中，电能计量工作可以为电费的收取提供参考依据，因此计量结果的准确性和可靠性关系着电力企业和电力用户双方的利益。而电力谐波的客观存在性，对于电能计量工作造成了巨大的影响。本文对电力系统中的主要谐波源与产生原因进行了分析，从感应式电能表和电子式电能表讨论了谐波对于电能计量的影响，并提出了相应的解决措施。

关键词：电能计量；谐波影响；解决措施

1电力系统中的主要谐波源

对于交流电网而言，其有效分量是单一的工频频率，任何与该频率不同的成分，实际上都能够算是电力谐波，一般情况下，谐波是正弦电压加压于非线性负载，导致基波电流的畸变而产生的。谐波的存在，会对电力系统产生污染，不仅降低了电能的质量，而且会在一定程度上增加附加损耗，给电力系统的安全稳定运行带来巨大威胁。因此，做好谐波源的分析，对于谐波的控制和治理而言是非常关键的。在传统电网中，由于网络架构简单，谐波源一般只有变压器，而且谐波电流极小，基本上不会对电力系统产生很大的影响。而伴随着电力系统的飞速发展，电力电子设备取代变压器成为了主要的谐波源，在其运行过程中，通常都会利用二极管，将交流电转化为直流电，或者利用桥式整流器将直流电转化为交流电，而在电子开关、工业整流设备中，存在着一些容量较大的滤波电容器，会导致二极管导通角变小，必须在交流电压正弦波最大值附近才可以实现导通，使得交流输入的电流波出现了严重畸形的情况，三次谐波甚至会在基波上形成窄尖峰脉冲，降低线路的功率因数。在现代电网中，变压器、电抗器、整流器等都是谐波的主要来源。

2产生谐波的原因

2.1发电原因

基于现阶段我国电力技术的限制，促使电站发电机中的三相绕组无法实现对称，进而导致设备的运行状况无法达到理想的状态。这一状况的出现就导致电流无法均匀的绕过铁心，故而导致发电机电源质量下降，并在此过程中产生了了一定量的谐波。

2.2输、配电系统原因

目前，我国的电力系统在运行时，输电变压器的铁心部位往往会因为极度饱和，而诱发谐波的出现。事实上，变压器在运行时往往会产生一定的磁化曲线，对其运行状况产生影响，并引发尖项波形的出现，最终导致了奇次谐波的出现。

2.3电力使用原因

目前，我国的居民所使用的电力设备主要由晶闸管等零部件构成。这种状况的出现就导致各类设备在运行时出现各类谐波，并对电网的正常运行带来负面影响。一般而言，在单相电流的电路装置与感性负载连接时，往往会促使系统中出现奇次谐波，阻碍了相关效益的取得。

3谐波对电能计量的影响

3.1感应式电能表

谐波功率主要由同次谐波电流与电压构成。如果是正弦电压，且电流中含有一定谐波分量，则理论上不会产生谐波功率，但从研究结果上看，此时感应式电能表同样会出现计量误差。如果是纯正弦电压，且电流的波形出现畸变，则由于磁路具有非线性特点，电压磁通没有伴随电压的变化出现线性变化，等效为附加一定谐波电压，同时与谐波电流发生作用，最终造成驱动力矩的产生。

对于感应式电能表而言，其特性曲线随频率增大而下降，当频率等于1kHz时，所得电能仅为实际值10%左右。产生这一现象的主要原因为转盘并不属于纯电阻，含有一定感性分量，频率的增大会使阻抗角与转盘变大，进而减慢了电能表的实际转速；随着频率的不断增大，磁阻也会明显变大，实际磁通量因此减小，同时减慢了电能表的实际转速，导致测量误差的产生；谐波的存在会使铁心形成一些杂乱涡流，导致其内磁通变小；电压线圈不是纯电感，致使其磁通滞后于电压的角度略小于90°，在基波条件下，虽然可使用调整装置对其进行调整使角度等于90°，但依然会受到谐波的影响，频率升高使线圈的感抗变大，角度因此变大，更加接近于90°，同时补偿角度却不会发生变化，最终造成负误差。

3.2电子式电能表

数字功率表是电子式电能表的发展基础，主要利用乘法器测量电功率。其中，乘法器指的是进行电压与电流运算的电子器件，也是电能表核心所在，其计算准确度会对计量精度造成直接影响。通过实践可知，使电能表出现计量误差的主要原因除了转换精度与采样次数外，还包括由互感器与放大器件自身分散性带来的相位或幅值误差。对于电子式电能表而言，其频率特征曲线较为平坦，如图1所示，基本不存在衰减，说明该电能表存在一定程度的频率响应。如果电网仅有一个电压信号或电流信号出现畸变，并且另外一个依然保持为正弦波，则不会产生太大的误差变化；如果电网电压信号与电流信号都出现畸变，因电能表自身存在很宽的频带，依然可以对谐波功率进行准确计算，说明其对谐波功率作出的实际响应和基波功率完全相同，对谐波功率与基波功率进行同时计量。

4电能计量改进措施

针对谐波对电能计量造成的不利影响，需要对电能计量方式进行改进，可采取以下方法：转换电流与电压信号之后形成一定采样数字信号，再通过相位校正，借助乘法器获取有功功率；电流经滤波器可得电流信号与电压信号，其中不含基波成分，借助乘法器对总谐波的有功功率实施计算。完成上述操作后，对两个功率实施记分，分别得出谐波电能与总电能。如果功率方向一致，即负荷属于线性负荷，则认为只有基波电能有用，仅对基波电能进行计算即可；如果功率方向相反，即负荷属于非线性负荷，则需对谐波与基波的绝对值的和进行计量。通过对以上方法的应用，可以从本质上消除线性用户由于受到谐波影响而造成的经济损失；同时，非线性用户同样不会由于对谐波电能进行了计量而损失一部分电量。

结语：

如今，非线性负荷实际应用日益增多，电网随即产生大量谐波，严重影响电能计量准确度。对此，本文重点探究谐波产生原因及其对电能计量造成的实际影响，明确误差主要影响因素，并提出一套改进方案，建议非线性用户加大对谐波处理装置的应用力度，控制谐波产生与影响，从而为构建绿色电网奠定良好基础。

参考文献：

[1]赵宇，洪成伟.谐波对电能计量的影响及其仿真分析[J].黑龙江科技信息，2016，(32):16.

[2]徐卉.大功率整流系统谐波功率特性及其对电能计量的影响和节能分析[J].黑龙江科技信息，2016，(33):111.