电力谐波在电力计量中的应用分析张幸运

电力谐波在电力计量中的应用分析张幸运

张幸运张婷梁永光司文静

（国网安徽省电力公司太和县供电公司安徽太和236600）

摘要：此文首先简述了电能计量谐波产生的原因，主要介绍谐波对电能计量装置的影响，通过查阅大量文献资料，分析谐波在计量专业中的应用。

关键词：谐波；谐波干扰；电能计量

为了能准备的计量电能，电力部门要采取必要的手段来抑制谐波，并加大谐波的监测、治理和管理力度，同时还应该研制更加精确而灵敏的谐波计量电表就成为来了电力计量技术的发展方向，进而实现对有效谐波和基波共同计量的目标。

1谐波的定义、产生的原因及测量方法

1.1谐波的定义

谐波电流是由电气化铁路和工业的直流调速传动装置所用的，由交流变换为直流电的水银整流器所产生的。近年来，产生谐波的设备类型及数量均已剧增，并将继续增长。所以，我们必须很慎重地考虑谐波和它的不良影响，以及如何将不良影响减少到最小。

1.2谐波的产生

电力系统中的谐波产生主要有以下几个方面的原因：1）产生电力电源质量较差就容易产生谐波。发电机本身的三相绕组在生产过程中不能做到完全的对称，因此铁芯也就不能完全的均匀而一致，再加上发电过程中的干扰因素，发电源多少都会产生部分谐波，但总体来看，发电机谐波占有比例较小；2）输电系统产生的谐波，输配电系统中所产生的谐波主要是因为变压器而引发的谐波。因为变压器的铁芯出现饱和，磁化曲线的非线性，再加上设备变压器时的经济性考虑，导致变压器工作磁密选择在磁化曲线饱和段上，这样就使得磁化电流出现非平滑线性特征，所以含有奇次谐波。工作中铁芯的饱和程度越大，变压器的工作点就越发偏离线性规律，谐波电流也就越强；3）用电设备引发谐波，此种谐波的产生主要是因为晶体闸管整流设备引起。因为晶体闸管在电力机车、铝电解槽、充电设备、开关设备等方面有广泛的应用，这就给电力网络的谐波产生制造了大量的隐蔽源头。如果整流装置为单相电流电路，在接感性负载的时候，就会含有奇次谐波电流，而第三次谐波的含量更是高达基波的30%；接容性负载的时候则会出现谐波电压，其中谐波含量则随着电容的增加而增大。实际测算，因整流装置而产生的谐波占电力谐波的40%，是最大的谐波源。

1.3谐波的测量。

要研究谐波就要对进行测量，在研究谐波问题的时候这时不可回避的要点，也是控制谐波的基础。通过对谐波的测量，可对电力网络中的谐波进行实时的检测和控制，对其含量和方向进行掌握，以此分析谐波的流向，并对其进行计量正反电量、各次谐波含量、电压电流幅值、相位等主要参数，为电力网络的谐波治理和控制提供依据。因为谐波本身具有非线性、随机性、不稳定、成因复杂等特性，对谐波的测量很难达到准确无误。目前电力谐波的测量方式有：模拟带通或者带阻滤波器测量、傅里叶变换测量、瞬时无功测量、神经网络测量、小波法测量等。这些方法都有其有点和缺陷，目前使用最为广泛的是傅里叶变换频域分析测量法。

2谐波对电能计量表的影响

2.1对电感电表的影响。电感式的电表工作主要是依靠磁感应来产生推动器件转动的力矩，从而完成计量的。工作中电压线圈所产生的电流的磁通分两个部分，一则穿过铝盘而通过回磁板而形成工作磁通，一侧是不穿过铝盘而是左右的铁轭形成分工作磁通。而电流线圈所产生的磁通则会两次穿过铝盘，并通过电流组件而形成回路。因为电压线圈和电流线圈产生的是交变磁通，在不同的位置穿过铝盘，这就在铝盘上不同的位置产生感应电流，此种电流与磁场产生相互作用就推动了铝盘的转动，铝盘转动与负载有功功率是正比关系。电磁感应式的电表设计是以基波为设计基础的，因谐波和基波叠加所产生的电压和电流是一种畸变状态，其可以导致电感式电表的误差率特性曲线出现迅速的下降，因此在电量计量中会对电表的准确性产生较大的影响。

2.2对电子式电表的影响。与感应式电表的相比，电子式的电表计量误差已经相对于频率变化有所减小。而以基波计量为标准的时候，电子式电表计量的误差要比感应式电表的误差还大，这时因为其制作的原理来决定的，电表进行采用的方式是：A/D采用-乘法器-处理器-显示输出，设备是按照正弦50Hz在不超过国家标准的情况下进行工作的。按照电子式电表的检定规则，电子式电表的电流、电压所允许的失真的正弦波是在一定的范围内的，而多次谐波将导致整个波形计量的超限，产生失真引发乘法器误差。

3谐波在计量中的应用和发展

3.1谐波对计量的应用。在谐波存在的情况下，谐波作用下的电能计量有三种方式：1）促进了电表功率反应性能的提高，实际上就是让电表尽量的反应出实际的功率，即基波和谐波所形成的综合功率，就是一种全能量的计量方式；2）对谐波进行过滤和忽视，即增加电表的抗干扰能力，只对基波进行功率测量，也就是一种纯基波的计量方式；3）利用电表对基波和谐波的功率进行分辨和区别计量，此种方式也可以看做是谐波电能计量的方式。此种方式随着技术手段和计费标准的改进将成为电能计量的一个趋势。

3.2谐波计量的发展。在我国电力计量中使用的是全能量的计量，这种计量方式中当基波电流稳定的时候，计量较为准确可靠，但是系统中一旦出现谐波干扰，且超过了计量设备允许的范围时，全能量的计量表就会失去作用，误差增加。因此，将谐波和基波隔离开，并实现分别计量将成为未来电力计量的发展趋势。也就是在研制中建立简化的电力系统，将谐波影响下德尔计量误差进行模型化的处理，并以此确定基波线性模型和谐波作用下的非线性模型，这样就可以将二者区别开来，以此对谐波作用下的有效电流值进行计量，这样就可以实现对有效谐波计量的目标。

3.3谐波电表的发展。目前针对谐波的干扰，技术人员已经研制出了谐波电表，专门对谐波用户进行计量。但是因为谐波电量的收费标准没有形成，所以此种谐波电表的应用还需要时间。但是此种谐波电表在试验中却现实了突出的优点。谐波电表完全可以消除感应式电表中因为机械运转、器件失灵、倾斜度增加等造成的计量失真。此种全电子是电能表的研发，是在原有单片机的基础上发展而来的，采用大容量芯片，汉字点阵字库、A/D结合DSP结合CPU的形式，不断完善独立计算和计量的专用芯片，从而拓展了大量程、宽量限的电表，由此实现了对谐波和基波的进行分别测量而区别计量的能力，这样电表就具备了计量基波有功电能、基波无功电能、实际消耗电能、总电能等。全新的改进电子式电表具有更加宽的频率响应，误差频率特性曲线将更加的平直，所以在谐波存在的情况下，新型的电子电表的误差即将远远小于感应式电子电表，并可以实现基波和谐波分别计量的目的。

4结语

近几年，我国针对谐波治理和监管工作制定了一系列规程和标准，并取得了一定的成效，但在现场实际中谐波的产生是不可避免的。因此为了能准备的计量电能，电力部门要采取必要的手段来抑制谐波，并加大谐波的监测、治理和管理力度，同时还应该研制更加精确而灵敏的谐波计量电表就成为来了电力计量技术的发展方向，进而实现对有效谐波和基波共同计量的目标。

参考文献

[1]李科.谐波对电能计量的影响[J].现代商贸工业，2010，（3）：303-304.

[2]黄带好.浅析电力系统中谐波对电能计量的影响[J].机带信，2010，（24）.