电力谐波对电能计量系统的影响分析

电力谐波对电能计量系统的影响分析

苏俊文

（国网湖南省电力公司湘潭供电分公司湖南湘潭411104）

摘要：随着电力需求量的不断增加，越来越多的电子器件被投入到电力系统中。尤其是非线性负荷的大量使用，导致谐波含量也急剧增加。本文针对电力谐波给电能计量带来的准确性问题，首先分析了电力谐波的来源，然后阐述了电力谐波对电力计量的具体影响，并提出了相应的改进措施。为从事电力计量的工作人员提供一定的参考。

关键词：电子器件；非线性负荷；谐波

1前言

随着国家经济的大力发展，人民对电力的需求量不断的增加。电力系统中引入大量非线性负荷，在给人们带来方便的同时，对电网注入了大量的谐波电流，不仅使电力系统中的电压和电流波形发生严重的畸变，而且对输电设备、通讯设备等电力系统设备的安全运行，计量仪表、测量仪器等电能计量设备的可靠计量均构成了严重的危害。尤其针对常用的感应式计量表和电子式计量表，在谐波背景下很难做到精确测量。因此，研究如何对电力谐波进行合理的控制，确保电能计量的精确度，保障用电人民的合法权益，是电力企业面对的一个重要课题。

2电力谐波的来源

谐波是指频率是50Hz基波频率整数倍的周期性正弦能量。由于实际应用的电力系统不是理想的系统，产生谐波的原因有很多，主要来自于以下几个方面：1电源的质量问题。我们目前使用的发电机基本都是从三相绕组的基础上发展而来，无法保障绕组的对称性和铁芯的均匀性，这些都影响了发电机的整体质量，导致了电力谐波的产生。2输电系统产生谐波。电力变压器的磁性常工作在饱和阶段，虽然降低了投入成本，但产生了电力谐波。3用电设备。随着电力电子技术在电力系统的广泛应用，尤其是晶体闸管整流设备，当整流装置为单相电流电路且负载为感性时，存在次数不等的谐波电流，其中三次谐波含量占基波的三分之一；当接容性负载时存在谐波电压，且谐波的含量与电容的大小呈正比。4其次人们日常生活常用的电视机、微波炉、计算机等家用设备，虽然单台功率较小，但其使用量非常大，在使用过程中会产生了大量的谐波污染等等。总之各种各样的非线性器件，不同程度的对电力系统引入电压或电流谐波。

3电力计量装置及计量原理

对电力进行计量主要是通过电能表实现的，依照测量参数、实现原理、接入位置的不同电能表可被分为多种类型。常用的分类方式为按照其结构原理将其分为感应式和电子式两类。

3.1感应式电能表结构及工作原理

感应式电能表主要是利用磁感应产生的力矩推动电表中各个计量部件的运动，实现对电能的计量的，主要由电磁元件(包括电压元件和电流元件)，制动元件，计度元件，转动元件，轴承等其他配件构成。在测量过程中，首先将电能表电压元件与被测设备并行联结，将电能表的电流元件与被测设备串行联接。当负载通电时，电流元件和电压元件中都会产生电磁力矩，表盘指针发生转动。此时计量元件会对指针的转动角度进行测量，根据测量结果显示当前的电能使用情况。为保证计量结果的准确性，在测量之前要使用额定频率产生装置对感应式电能表进行校正，让电流磁通夹角与功率因数角成90度。测量产生的平均转动力矩M：

上式中，U是负载电压，C是比例系数，IL是负载电流，ψ是U和IL的相位差，P是负载的有功功率。

3.2电子式电能表结构及工作原理

电子式电能表工作原理：首先对电压、电流进行采样，然后将电压和电流信号送入乘法器得到功率，然后通过积分电路变频变换，得到对应的频率，最后通过对频率信号计数得到被测电路消耗的电能值送至输出。电子式电能表分为模拟乘法器电子式电能表和数字乘法器电子式电能表。模拟乘法器电子式电能表不能直接测量较高的电压值，测量时首先对电压、电流进行预处理。数字乘法器电子式电能表集成了数字处理芯片，首先将电压电流模量量转化为数字量，再进行处理。但两者结构类似，都包括：输入部分、乘法器、积分部分、输出部分。

4谐波对电能计量的影响

4.1对电感式电表的影响

电感式电表主要利用电磁感应产生动力推动器件运转，实现电能计量工作。因此感应式电能表的计量误差与计量频率之间存在一种对应关系，经过文献4证明，计量误差与供电频率之间存在反比例关系，即感应式电能表在计量高频电能误差时，会出现负误差随着频率的升高，而且当频率为1000Hz左右时，误差超过了-90%。同时当电力系统中存在谐波时，感应式电能表中的转盘阻抗和线圈阻抗会发生变化，进一步影响了电压和电流元件测量的精度，影响了测量结果。电感式电表的测量误差：

4.2对电子式电表的影响

与感应式电能表相同，电子式电能表计量误差也随着谐波频次的升高而增加，但由于电子式电能表属于宽频带的计量仪器，其计量误差比感应式电能表计量误差小得多，20次谐波频率特性误差值不超过4%。较其他类型的电表，电子式电表的精确度较高，误差较小。目前，电力谐波对电子式电表的主要影响是虽然电子式电能表受频率影响较小，能够对基波电能与谐波电能进行准确的测量，但如果电子式电表是以基波计量为标准进行设计的，同样会将谐波功率与基波功率进行了同等的对待，这样误差会显著提高，甚至超过其他类型的电表。

5降低电力谐波对电能计量造成影响的应对措施

上述两种计量表，从其工作原理和结构来看都是将用户消耗的基波分量与谐波分量整体计量，在实际运行过程中，尤其是在谐波的条件下，无法做到准确的计量，尤其当电流和电压波形发生畸变的情况下，会出现不必要的误差。这些误差降低了电能计量的准确性，给电力部门或电力用户带来了不容忽视的经济损失。因此，有必要研究在谐波下合理的情况下，高度重视如何全面提高电能计量的准确性，确保电能计量准确、科学和公正，让电力系统能够稳定、安全的运行。

首先提升计量的精确度。选择基波电能表，允许电能表只反映基波功率，不反映谐波功率。采用高阶低通滤波器对高次谐波进行滤除，设置合理的滤除频率，使电能表仅反映基波电能。对电力企业和线性用户来讲，虽然在谐波的作用下，受了一定损失，但在付费上由于以基波电量为准，所以避免了因谐波功率引起的额外损失；对非线性用户来说，虽然承担了基波电能的费用，但远小于其对电力系统注入大量谐波造成的损失。该方案能有效的提升电能计量的精准度，使电网电能质量有所提升。

其次是提升计费的合理性。针对大型的非线性用户运行中的不合理现象，制定相关政策，除了基本的电费,应该参照其谐波电能注入电网的危害程度，征收附加费用，给予相应的惩罚。利用一定经济罚款的方法，有效缓解不公平不合理的现象，一定程度上能够降低电力谐波的排放，确保电力系安全高效的运行。

最后利用智能电表进行计量。随着科技的进步，计量电表的智能化功能日益完善。智能电表将对电力用户的实际用电量进行整理与对比，如果发现有异常现象，智能电表就会立即给用户发出警报，从而有效的避免电力谐波给用户带来的危害。因此对于高精确度、灵敏性良好的智能计量电表的研究是电力计量技术的发展方向。

6结论

随着国家电网工程的大量普及与完善，越来越多的非线性负荷投入到电力建设中，产生的谐波量也逐步升高。文章首先阐述了电力谐波的来源和电能计量表的基本原理。得出电力谐波性质类似于电阻，其产生是无法避免的，只能进行有效控制，降低对电力计量带来的影响。文章从计量的精确度、计费的合理性和利用智能电表三个方面提升计量的准确度，不过都是一些粗浅的探讨，希望为有关部门进一步深入研究以及综合治理谐波问题提供一定的参考。

参考文献

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[2]鲁云鹏.浅论谐波对电能计量的影响和研究[J].电源技术应用,2012(12).

[3]郭宏宏.张春霞.苏继艳.浅析谐波对电能计量的影响及对策[J].科技资讯.2013(17):97.