諧波對(duì)電能計(jì)量的影響及其對(duì)策探討

汪榮

摘? 要：電能計(jì)量如果受到諧波的影響，其計(jì)量的準(zhǔn)確性將會(huì)大大降低。諧波會(huì)對(duì)電能計(jì)量裝置造成一定的影響，而諧波又是電力系統(tǒng)中不可消除的因素，于是，如何降低諧波對(duì)電能計(jì)量的影響便成為供電企業(yè)面臨的一項(xiàng)重要課題。分析了諧波對(duì)電能計(jì)量的影響，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：諧波;電能計(jì)量;互感裝置;基波電能

中圖分類號(hào)：TM933.4??????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? ????????????文章編號(hào)：2095-6835（2014）23-0007-02

電能表是最常見的電能計(jì)量裝置，在計(jì)量過程中因受到諧波的影響，其幅值與相位差會(huì)出現(xiàn)一定的偏差。因此，為了確保電能計(jì)量的精確性，就需要結(jié)合實(shí)際影響因素，采取切實(shí)可行的處理措施。

1? 電能計(jì)量存在的問題

當(dāng)前，電能計(jì)量方式多選擇全能量計(jì)算，即計(jì)算基波電能與諧波電能的代數(shù)和。在實(shí)際應(yīng)用過程中，當(dāng)負(fù)荷為線性，而供電為非正弦時(shí)，電能表計(jì)量?jī)?nèi)容為基波電能與部分諧波電能。諧波的存在降低了計(jì)量結(jié)果的精確性，計(jì)算結(jié)果往往高于用戶應(yīng)繳費(fèi)用。而當(dāng)負(fù)荷為非線性時(shí)，會(huì)出現(xiàn)部分非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波功率和電能倒流入系統(tǒng)中，則電能表計(jì)量的內(nèi)容為基波電能與倒流入系統(tǒng)諧波電能的相減部分，最終計(jì)算結(jié)果低于用戶應(yīng)繳電費(fèi)。另外，當(dāng)負(fù)荷為非線性、電源畸變時(shí)，負(fù)荷將從電網(wǎng)中吸收諧波電能和基波電能，部分諧波流入電網(wǎng)，整個(gè)計(jì)量過程更為復(fù)雜。

2? 諧波對(duì)電能計(jì)量裝置的影響

2.1? 諧波對(duì)互感裝置的影響

諧波對(duì)互感裝置的影響主要與諧波大小、方向、電能表以及安裝的PT、CT有關(guān)，諧波電壓、電流幅值發(fā)生變化時(shí)，會(huì)在一定程度上影響電能計(jì)量的精確度。為了研究諧波對(duì)互感器裝置的影響，設(shè)諧波電流幅值為In，諧波電壓幅值為Vn，相位差為θ，綜合相位誤差為△θ，則有：

e=VnIncosθ-VnIncos（θ+△θ）.??????????????????? （1）

由式（1）可以得出最大誤差為±2VnInsin（△θ/2）。當(dāng)△θ發(fā)生變化時(shí)，最大誤差可能達(dá)到諧波電壓和電流乘積的2倍。

如果待計(jì)量系統(tǒng)中安裝有電磁式互感器電能計(jì)量裝置，且諧波頻率在2 kHz以下，那么電壓互感器二次測(cè)電壓降低、相位滯后;如果安裝有感應(yīng)式電能表，一旦諧波次數(shù)在25以上，這時(shí)電能表基本不計(jì)量。即便存在計(jì)量行為，也會(huì)受諧波電壓和電流的影響，導(dǎo)致精確度降低。如果線路中諧波頻率比較高，那么電壓互感器二次側(cè)諧波電壓為實(shí)際值的3倍，相位誤差可以達(dá)到180°，此時(shí)，諧波對(duì)電能表計(jì)量結(jié)果的影響比較大。

如果待計(jì)量系統(tǒng)中安裝有電子式互感器電能計(jì)量裝置，對(duì)電能計(jì)量結(jié)果的影響主要取決于諧波對(duì)電能表的影響;如果待計(jì)量系統(tǒng)中安裝有電容式電壓互感器電能計(jì)量裝置，裝置二次側(cè)諧波電壓可以達(dá)到諧波的3倍，相位誤差達(dá)到180°，隨著諧波頻率的增大，對(duì)電能表計(jì)量結(jié)果的精確度影響也越大。

2.2? 諧波對(duì)電能表的影響

現(xiàn)在的電能計(jì)量常選用電子式電能表，它具有準(zhǔn)確性高、功能全、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，逐漸替代了傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表。電子式電能表主要由輸入級(jí)、乘法器、分頻計(jì)數(shù)和V/f四個(gè)部分組成。其中，輸入級(jí)可以將電網(wǎng)中存在的電壓和電流經(jīng)過互感器轉(zhuǎn)換成合適的小電壓信號(hào)，并將其傳遞給乘法器。電子式電能表的頻率曲線更為平緩，整個(gè)過程基本上不存在衰減情況。與感應(yīng)式電能表相比，電子式電能表可以更準(zhǔn)確地完成基波電能和諧波電能的計(jì)量。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于電子式電能表對(duì)待諧波功率與基波功率相同，對(duì)電能計(jì)量結(jié)果的精確度造成影響。

3? 改善諧波對(duì)電能計(jì)量影響的措施

3.1? 計(jì)量方式管理

3.1.1? 全能計(jì)量方式

全能計(jì)量方式的應(yīng)用要求電能表可以準(zhǔn)確地反映基波電能和全部諧波電能。其中，線性用戶電能表的讀數(shù)為W1+∑Wh，非線性用戶電能表讀數(shù)W1-∑Wh.在實(shí)際應(yīng)用過程中，線性用戶感應(yīng)式電能表的計(jì)量結(jié)果為W1+∑KhWh，存在的誤差△=∑KhWh-∑Wh<0，計(jì)量時(shí)存在少量諧波電能;如果選擇用電子式電能表，其計(jì)量結(jié)果接近W1+∑Wh，誤差△≈0.非線性用戶（諧波源）感應(yīng)式電能表的計(jì)量結(jié)果為W1-∑KhWh，存在的誤差△=∑Wh-∑KhWh>0，計(jì)量時(shí)存在大量諧波電能;而電子式電能表的計(jì)量結(jié)果接近于W1-∑Wh，誤差△≈0.由此可以得出，選擇用全能計(jì)量方式時(shí)，電子式電能表的計(jì)量基本不存在誤差，此時(shí)選用有功電能表為最佳實(shí)施方案。但是在實(shí)際應(yīng)用中，該方案缺乏一定的合理性，只適用于諧波含量小且影響小的電力系統(tǒng)中。

3.1.2? 基波電能計(jì)量方式

基波電能計(jì)量方式的應(yīng)用可以準(zhǔn)確反映基波有功功率和有功電能，但并不計(jì)量諧波有功功率，無(wú)論是線性用戶，還是非線性用戶，電能表只反映基波有功電能W1。在實(shí)際應(yīng)用過程中，線性用戶感應(yīng)式電能表的計(jì)量結(jié)果為W1+∑KhWh，存在的誤差△=∑KhWh<0，計(jì)量時(shí)存在部分諧波電能;如果選用電子式電能表，其計(jì)量結(jié)果接近W1+∑Wh，誤差△=∑Wh>0，計(jì)量中含有全部諧波電能。非線性用戶（諧波源）感應(yīng)式電能表的計(jì)量結(jié)果為W1-∑KhWh，存在的誤差△=-∑KhWh<0;電子式電能表的計(jì)量結(jié)果接近W1-∑Wh，誤差△=-∑Wh<0，并且誤差絕對(duì)值更大。由此可見，在計(jì)量過程中，兩種電能表都不能準(zhǔn)確計(jì)量有功電能。對(duì)于線性用戶，電能值大于基波有功電能，而對(duì)于非線性用戶，電能值小于基波有功電能，不利于維護(hù)電力企業(yè)和線性用戶的利益，并且應(yīng)用電子式電能表存在誤差絕對(duì)值大的情況。如果選用此種計(jì)量方式，必須要選用專門的基波有功電能表。

3.2? 技術(shù)管理

為了降低諧波對(duì)電能計(jì)量的影響，對(duì)于存在電壓或者電流波形畸變的用戶，應(yīng)該選用新型的數(shù)字電能表計(jì)量，或根據(jù)諧波測(cè)量的實(shí)際情況選用濾波裝置，盡量降低電力系統(tǒng)中存在的諧波含量，減少諧波對(duì)電能計(jì)量造成的影響，提高電能計(jì)量結(jié)果的精確度。

4? 結(jié)束語(yǔ)

電力諧波對(duì)電能計(jì)量存在較大的影響，降低了電能計(jì)量的精確度。為了保證電力生產(chǎn)、供電以及用戶的經(jīng)濟(jì)利益，供電企業(yè)必須從實(shí)際出發(fā)，分析諧波產(chǎn)生影響的原因，然后從多個(gè)方面分析，采取切實(shí)可行的處理措施，爭(zhēng)取不斷提高電能計(jì)量的可靠性。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：劉曉芳〕

To Investigate the Effect of Harmonics on Power Metering and Countermeasures

Wang Rong

Abstract： If you are affected harmonic energy measurement， accuracy of its measurement will be greatly reduced. Harmonic energy metering device would have been affected， but also is a factor harmonic power system cant be eliminated， then， how to reduce the effects of harmonics on the energy measurement of power has become an important issue facing enterprises. The influence of harmonics on power metering and propose appropriate measures for improvement， for reference.

Key words： harmonic; energy metering; mutual inductance device; fundamental energy