谐波存在时的改进电能计量方法及应用

谐波存在时的改进电能计量方法及应用

周跃

国网武汉供电公司客户服务中心计量室 湖北 武汉 430050

摘要：社会的发展与进步使得用电数量不断增多，这也就对电能的计量准确性提出了更高的要求。但是随着生产生活中用电量的增多，电网中谐波产生了不利影响，一方面电力部门的工作压力增大，另一方面电能计量的准确性也深受影响，为了能够有效降低谐波存在时对电能计量的不利影响，本文对谐波存在时的改进电能计量方法及应用进行重点研究，首先介绍谐波的基本情况，之后重点分析谐波存在时电能计量的误差，最后就是探讨谐波存在时改进电能计量的方法，以确保电能能够正确地计算，也为社会公众提供更好的电力服务。

关键词：谐波存在时 改进电能 计量方法 应用研究

引言

谐波是电流在一定频率下产生的电量，其频率是基波的整数倍，当其出现时，电能的计量就可能会出现误差，给电量的统计工作带来一定的阻碍，增加电力工作人员的工作量。谐波的存在会严重影响发电企业、输配电企业以及用户之间交易的公平性和合理性。因此，要对谐波存在时电能的计量方法进行重点研究，尽可能降低谐波对电量统计误差的影响，确保计算的准确性，也能够为消费者提供更好的电力服务。

一、谐波的基本情况

谐波一般是一个数学或者物理概念，是一个周期性电器量正弦波的分量，谐波的固有频率一定为基波的整数倍。而且在在电力供应过程中谐波难以避免会产生，这部分谐波会影响电网的运行，甚至导致电能计量时的误差。谐波具有明显的危害性，在电网中引发一系列谐振现象，大大增加对系统造成的危害，也会出现并联谐振或串联谐振，使得电流增大，破坏与电容器想连的电抗器，导致电压或电流不稳定。此外，谐波还可能会导致仪器老损加重、设备老化、部分仪器爆炸以及测量和计量仪器异常等，增加了电力企业的损失，也会威胁电力维护人员的人身安全。因此，应该重视谐波存在时改进电能计量方法的研究，降低其不利影响，促进电网安全稳定运行，减少或避免各种误差的产生，也保障相关部门或人员的经济和人身安全不受危害。

二、谐波存在时电能计量的误差分析

谐波自身具有的功率会影响电能表的计量显示结果，造成仪器显示数字与实际功率之间的误差。基波电压与电流中产生的谐波比较多，如果两者的值不变就会导致谐波进入到电能表中时电流发生变化，影响电能表的线圈以及阻抗结构作用的发挥，从而对其实际数值造成影响，使得读数与实际情况之间存在偏差。多余电量使得电能表承载多余负荷，如果电能表长时间处于超负荷运行的状态，电能表计量的精确度就会下降，影响其他相关工作的开展。而且多余的电量对电能表来说也是一种负担，如果电能表长期在这种情况下负载运行，就会导致电能表数据的精准度下降，不利于相关工作的开展，造成电力企业或者用户的经济损失。

谐波源头对电能计量的影响比较大，在供电过程中有具体有两种情况，一是当谐波出现在用户源头时，这种情况下回使得用户的缴费偏低，造成电力企业的经济损失。原因在于，用户源头出现谐波，就会在一定程度上损害电网，导致电能表的电能计量比基波电能小，从而导致误差的出现。二是当谐波出现在非用户端时，其主要会造成用户的经济损失。原因在于，谐波出现在非用户端会使得电能表的计量值比实际值偏大，用户就需要缴纳较高的费用。此外，这种情况也会使得电器发生损伤，从而给用户带来不便、损失和安全隐患。

电能计量过程中，因电压互感器出现二次回路的情况导致的误差是最常见的，电压的升降幅度如果过大也会导致电能计量出现差错。在实际工作中也存在设备运行与计量无法分开的情形，运行出现问题也会对电能计量的准确性造成影响。目前而言，电能计量的方法是在发电机、网络交换关口处安装电能计量装置，利用有功电能表或者无功电能表进行电能计量。电力系统中的关口是指厂网之间、区域性电网之间电力设备资产与经营管理范围的分界处。在谐波进入电力网络时，会对电网的运行造成一系列的影响，进而影响了电能计量的准确度。

三、谐波存在时改进电能计量的方法

当谐波产生并对电网造成一定影响时，相关人员应该着手于谐波产生的原理和影响因素，对其进行有效的制约，减小谐波带来的损失，这样也能够为改进谐波存在时电能计量的方法提供一定的参考和基础。相关人员可以通过改进负载本身的特性，减少谐波的产生和对电网的影响几率，以此提升电能表计量的精准度。

3.1全电子式电能表的应用与推广

传统的计量方法不能够有效规避谐波所造成的影响，谐波的产生主要是来源于用户端，这种情况下带来的误差对用户比较有利，影响政府和电力部门的经济利益。因此，随着时代的发展以及对电能计量工作的高要求，传统的计量方法的不合理性也展现出来，并不能适应社会的发展趋势。相对而言，全电子式电能表则可以对谐波进行有效控制，将谐波对计量误差的影响降到最低。但是全电子式电能表的计量原理比较复杂，制作成本也比较高，对于操作人员的技术要求也比较高，这就需要在应用推广过程中寻求两者的平衡，最大限度地发挥其作用和价值。

3.2仿真实验法

直接对谐波进行的观察实验，其可以通过模拟实验的方式，将谐波存在时对基波计量造成的影响进行直观的反应。基于谐波对电能计量造成的影响进行了一系列的实验分析，研究了各种非线性负荷（计算机、调速电机、电炉、整流电源、电子设备等）的使用对电能计量造成的影响，找出了其中存在的问题。这样做就可以得出实际情况下谐波对电能表计量造成的影响，通过三角自卷积窗的方式对实际电能进行计量，其具体运算公式为：W_T^P=W_T(t)*W_T(t)...*W_T(t)。其中p为参与卷积的三角窗的个数或阶数。

3.3频域电能计量法

该方法在实行过程中的具体步骤有以下三步：第一，通过加窗处理电网内电压信号序列以及离散化电流以减少频谱泄露，从而实现谐波分析时受外界影响降低。第二，电压序列以及谐波电流在进行过加窗处理之后要通过离散傅里叶进行转换，避免频率过高。第三，对频域参数依据EET计算方法进行估算，从而求出电压与电流信号中谐波分量频率偏差、幅值以及相位等。谐波存在时电能计量影响数据可通过仿真实验获取，并通过三角自卷积窗法实现基波电能精确计量。

3.4带加权系数的谐波有功计量法
　　带加权系数的谐波有功计量法主要分别对谐波电能、基波电能进行计量，这种方式考虑到了谐波对电能计量的影响，既可以一次补偿电力系统中受谐波危害的线性负荷，也可以合理处置非线性负荷用户引起的谐波电能，从而依靠经济手段达到降低谐波对电力系统影响，保证了电能计量的精确性、合理性和公平性。一般情况下，带加权系数的谐波有功计量法并不会被用于各种系统之中，谐波污染严重的系统即发电站、三类用户以及大动力用户中应用比较频繁。此外，用户可以采取其他积极有效的措施对大的谐波源进行谐波治理，进而实现线性负荷用户受谐波损失的补偿。

四、结束语

综上所述，作为难以避免的现象，谐波的危害性不容忽视，应该具体分析谐波产生的源头，降低其可能造成的经济损失。因此，改变谐波存在时电能计量方法的研究势在必行，应该采取针对性的优先策略进行电能计量方法的优化改进，从而确保谐波不利影响的最小化，也能够确保各个主体的利益损失最小。

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