諧波對電能計量的影響研究

【摘要】諧波在電力系統(tǒng)中是客觀存在的，不可能完全消除，而電力諧波的存在會對電能計量產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，導(dǎo)致計量結(jié)果不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響電力企業(yè)以及電力用戶的切身利益。本文結(jié)合諧波產(chǎn)生的原因，分析了其對于電能計量的影響，并提出了有效的應(yīng)對措施，希望能夠為電力諧波的治理提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】諧波；電能計量：影響

在電力電網(wǎng)中，非線性負(fù)載的增加會引發(fā)電力諧波問題，進(jìn)而加速絕緣老化，引發(fā)附加線損，降低設(shè)備的工作效率，產(chǎn)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(yè)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(zhǔn)確。性，成為電力工作人員重點(diǎn)研究的課題。

1、電力系統(tǒng)中的諧波問題

最初的電力諧波源是變壓器，主要是其次諧波，以三次諧波為主，不過其量值較小。而伴隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，電力電子設(shè)備取代變壓器成為了主要的諧波源，在其運(yùn)行過程中，通常都會利用二極管，將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，或者利用橋式整流器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，而在電子開關(guān)、工業(yè)整流設(shè)備中，存在著一些容量較大的濾波電容器，會導(dǎo)致二極管導(dǎo)通角變小，必須在交流電壓正弦波最大值附近才可以實現(xiàn)導(dǎo)通，使得交流輸入的電流波出現(xiàn)了嚴(yán)重畸形的情況，三次諧波甚至?xí)诨ㄉ闲纬烧夥迕}沖，降低線路的功率因數(shù)。在現(xiàn)代電網(wǎng)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

諧波對于電能計量的影響主要體現(xiàn)在兩個方面，一是對于電能計量方式的影響，二是對于電能計量裝置的影響，這里分別對其進(jìn)行分析。

2.1對電能計量方式的影響

在以往的電能計量方式中，一般都會采用計量全能量的方式，受電力系統(tǒng)本身規(guī)模以及相關(guān)技術(shù)的限制，諧波造成的影響相對較小，因此在計量過程中可以忽略諧波因素。但是，伴隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各類電器設(shè)備不斷涌現(xiàn)，在提升電網(wǎng)供電能力和穩(wěn)定性的同時，也使得電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)變得越發(fā)復(fù)雜，諧波的來源更加廣泛，影響也在不斷擴(kuò)大，成為必須關(guān)注的問題。全能量計量方式在實際應(yīng)用中存在著一定的局限性，一是在非正弦供電的線性負(fù)荷中，電能表計量的數(shù)值實際上是基波電能與部分諧波的代數(shù)和，諧波的存在增加了用戶的用電成本；二是當(dāng)用戶負(fù)荷為非線性時，其本身就會產(chǎn)生電能和諧波功率，并且使得一部分電能倒流回電力系統(tǒng)，電能表計量的數(shù)值實際上是基波電能減去這部分倒流的電能，會損害電力企業(yè)的利益：三是當(dāng)負(fù)載非線性，電源畸變時，負(fù)荷不僅會吸收基波與諧波，還會使得諧波倒流回電網(wǎng)，使得電能計量變導(dǎo)更加復(fù)雜。

2.2對電能計量裝置的影響

（1）感應(yīng)式電能表：感應(yīng)式電能表是依照基波頻率設(shè)計的電能表，其本身具備較高的靈敏度，不過如果電網(wǎng)中的電壓與電流正弦波產(chǎn)生畸變，則電能表計量的準(zhǔn)確性也會受到影響。在電網(wǎng)中的負(fù)荷電壓及電流和固定的前提下，頻率如果出現(xiàn)變化，電壓線圈以及轉(zhuǎn)盤的阻抗會隨之改變，電壓工作磁通和電流磁通也會產(chǎn)生變化，進(jìn)而影響電能表計量的準(zhǔn)確性。另外，存在于電網(wǎng)中的諧波會與基波迭加，引發(fā)波形畸變問題，而由于電流與電壓鐵芯導(dǎo)磁率非線性因素的影響，一旦電壓與電流的波形出現(xiàn)畸變，則磁通無法產(chǎn)生相應(yīng)的變化。感應(yīng)式帶能表必須在頻率相同的電壓和電流產(chǎn)生的磁通之間互相作用時，才能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而正常運(yùn)轉(zhuǎn)，換言之，當(dāng)存在畸變的波形經(jīng)過電磁元件時，由于磁通無法形成與波形的對應(yīng)變化，會影響轉(zhuǎn)矩與平均功率的正比關(guān)系，產(chǎn)生附加偏差，對電能表計量的準(zhǔn)確性造成影響。

（2）電子式電能表：與感應(yīng)式電能表相比，電子式電能表的功能更加全面，準(zhǔn)確度也更高，操作和使用簡單，因此已經(jīng)逐漸取代了感應(yīng)式電能表。電子式電能表的工作原理，設(shè)計對用戶的供電電壓和電流進(jìn)行實時采樣，結(jié)合專用的電能表集成電路，實現(xiàn)采樣電壓與電流信號的處理和轉(zhuǎn)換，形成與電能成正比的脈沖輸出顯示。在進(jìn)行數(shù)值的計算時，處理終端可以對不同的頻率進(jìn)行采樣，同時依照正弦規(guī)律變化的電壓與電流瞬時值，得到準(zhǔn)確的計算結(jié)果。從理論上講，這種計算方法可以實現(xiàn)對于電路負(fù)載中基波與諧波總平均功率值以及實際用電量的可靠記錄。相比較感應(yīng)式電能表，電子式電能表的頻率曲線幾乎不存在衰減問題，其對于高次諧波功率的響應(yīng)與基波一致。不過，電子式電能表平等對待基波功率與諧波功率的做法，會在—定程度上增加計量的誤差。

3、應(yīng)對諧波影響的有效措施

3.1改進(jìn)電能計量方式

從諧波對于電能計量方式的影響分析，全能量計量方式存在著—定的缺陷和問題，在無法徹底消除諧波源的情況下，想要保證電能計量的準(zhǔn)確性，就必須對電能計量的方式進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，將基波電能與諧波電能分開計量，這樣，不僅充分考慮了負(fù)載吸收和發(fā)出的諧波功率，而且能夠有效消除諧波所帶來的不良影響，保證計量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2優(yōu)化電能計量裝置

一是可以采用頻率陡降電能表，或者也可以說是基波電能表，由于其本身可以區(qū)分基波和諧波，而且只會對基波產(chǎn)生的功率進(jìn)行計量，能夠從根本上排除諧波對于電能計量的影響：二是可以結(jié)合分頻技術(shù)，對電能表進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。分頻技術(shù)的應(yīng)用，可以分別對基波電能、與諧波電能及其各自的方向進(jìn)行計量，同時結(jié)合電費(fèi)杠桿進(jìn)行調(diào)節(jié)。在這種情況下，用戶的電費(fèi)可以分為三個不同的組成部分，首先是基波電費(fèi)，其次是產(chǎn)生或者發(fā)出諧波電能，所需要承擔(dān)的懲罰性電費(fèi)，然后是吸收或者消耗諧波電能獲得的獎勵性電費(fèi)。在以前的電力系統(tǒng)中，有效電壓不僅包括了基波電壓，還包括了諧波電壓，有效電流同樣包括了基波電流和諧波電流，在這種情況下，有功功率也就同時包括了基波產(chǎn)生的功率以及諧波產(chǎn)生的功率。常規(guī)的電能表或者有功功率表的頻率特性固定，看似理想，實際上是將諧波量與基波量等同了，換言之，計量儀表顯示的數(shù)據(jù)中含有諧波量，并不能準(zhǔn)確的反映基波的電氣量，因此，電能表的計量的準(zhǔn)確度越高，得到的數(shù)據(jù)反而越不合理。以分頻技術(shù)對電能表進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使得電能表不僅能能夠準(zhǔn)確計量負(fù)荷消耗的基波電能，還可以對諧波電能的大小以及傳遞方向進(jìn)行計量，從而避免了諧波對于電能計量的負(fù)面影響。

3.3強(qiáng)化電力諧波管理

想要對電力諧波的負(fù)面影響進(jìn)行有效應(yīng)對，可以從技術(shù)和管理兩個方面進(jìn)行控制。應(yīng)該強(qiáng)化電力系統(tǒng)準(zhǔn)入管理，如果非線性負(fù)荷進(jìn)入電網(wǎng)中，必須重點(diǎn)關(guān)注，嚴(yán)格對待，落實諧波的低含量，確保其不會超出國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍。

結(jié)語：

總而言之，在電力系統(tǒng)中，諧波是一種客觀的存在，不可能完全消除，其不僅會影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，還會從計量方式和計量裝置兩個方面，影響電能計量的準(zhǔn)確性，影響電力企業(yè)和電力用戶的切身利益。對此，電力技術(shù)人員應(yīng)該重視諧波的治理，對電能計量方式和電能計量裝置進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，保證電能計量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，推動電力行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。