关于谐波对电能计量影响分析

陈芳

摘 要：电能计量装置是电力行业统计经济效益时的重要数据来源，而电力系统产生的谐波会影响电能计量的准确性，导致统计结果的不准确，从而造成利益结算和管理决策上的失误，最终降低电力行业的经济效益。因此，研究分析谐波对电能计量的影响具有现实意义。文章首先对谐波产生的原因和危害进行了分析，然后从计量方式和装置两方面阐述了谐波对电能计量的影响，最后针对性地提出了降低谐波影响的改进措施。

关键词：谐波；电能计量；影响；改进措施

作为现代社会的重要能源，电能与工业生产和人民日常生活联系最为紧密，其质量的好坏关系到整个社会的发展，电力系统产生的谐波会影响电能的生产、输送和使用等方面，造成电能效率的降低。而且谐波会引发串联、并联谐振，导致继电器损害。电能计量装置准确性降低，电力企业和用户无法获取真实用电信息，造成电能整体损耗量增加，影响最终的经济效益。因此，研究谐波对电能计量的影响，针对具体问题分析解决办法，对于电力行业的发展意义重大。

1 谐波产生原因及危害

谐波产生的根源在于谐波电流源，传统电网中谐波源为变压器和发电机，现阶段多为电网用电子元件设备。由于非线性电子设备中正弦电压的使用，设备电流与电压存在波动类型差异，电流波形发生变化，谐波联通入电网中，形成谐波源。谐波对与电动机、变压器及其他电子元器件的影响巨大，其具体危害如下：

（1）影响旋转式电动机工作：由于旋转式电动机基波频率低于谐波频率，在谐波入侵的情况下所引起的电动机涡流作用等，会导致电动机能耗的增加，同时造成铁损等不良现象。（2）危害电力变压器安全：变压器正常工作时产生的谐波极小，对于仪器的正常运行无太大影响。但当变压器启动瞬间，其设备中的谐波瞬时量巨大，可能为额定电流的数倍，虽然持续时间较短，但过大的电流会降低设备使用寿命，甚至造成设备的损坏。（3）影响电力电容器工作：作为常用电子元器件，电容器由于结构的特殊性，极易受到谐波的影响。电容器设备运行主要依靠元件的充电、放电，该过程中谐波产生的可能性很大，影响电容器的正常工作。（4）干扰通信线路的使用：谐波对于通信线路的干扰主要表现在电磁感性、电气传导等现象中。在载波通信时，谐波混入通信线路，会影响通信声音的清晰程度，影响通信质量。

2 谐波对电能计量的影响

2.1 谐波对电能计量方式的影响

传统电能计量工作中主要以全能量计量为标准，由于传统电力系统的规模较小且相关技术不到位，产生的谐波电流量小，不足以影响到电能计量工作的准确性。因此传统模式中采取全能量计量方式即可满足电网计量方面的需求。然而，当今电力行业迅猛发展，电力技术日益更新，并且广泛应用于电力、工业领域之中，电力系统的复杂性导致谐波产生几率和幅度增大，从而对于电力系统各设备及线路造成了极大的隐患和影响，因此现阶段电能计量过程中必须考虑到谐波的影响。传统电能计量时包含了基波和谐波二者消耗的总电能，因此在当前复杂电网条件下局限性很大：（1）线性负荷时，供电基波非正弦波形，计量的电能表读数为谐波和基波电能总和，导致计量示数过大，用户承担费用增加，同时谐波会影响相关电力设备的正常运行。（2）非线性负荷时，谐波的产生会导致部分电能回流至电网中，造成电能表计量示数的减小，这样不仅使用户应交费用减少，影响电力企业的经济效益，而且电能的回流会对电网造成持续损害，影响电网寿命。（3）当负载电源畸变情况发生时，会同时引发上述两种情况，进一步影响电影能计量，危害电网。综上所述，谐波的存在对于电能计量方式的影响很大，无论是损害用户利益还是影响电力企业效益，都会影响电力行业的进步。因此必须改进全能量电能计量方式，充分考虑到谐波对其造成的不良影响，从技术和管理双层面上进行调整，保证电能计量的准确性。

2.2 谐波对电能计量装置的影响

2.2.1 感应式电能表。现现阶段我国绝大多数地区还是采用感应式电能表进行电能的计量。感应式电能表的设计依据为通过计量基波频率来显示电能使用情况，该装置最大的特点在于灵敏度高。但是感应式电能表会受到谐波的影响而降低其计量的准确度。当电网内电流、电压正弦波形发生畸变时，其频率特征会影响电能表的计量精度，当感应式电能表频率响应曲线较陡时，电能计量误差较大。只有当电流和电压波形均为正弦波时，感应式电能表才能在这个狭窄工作频率范围内达到最佳工作状态，一旦畸变现象发生，电能表则无法准确计量，且谐波频率幅度越大，电能计量误差越大。因此，使用感应式电能表时，必须整体提升电能质量，尽量保持正弦电流电压状态并在工作频率附近运行，保证最佳的计量效果。

2.2.2 电子式电能表。电电子式电能表以数字功率表为基础，结构方面大致由输入级、分频计数、乘法器和V/f四部分组成，其特点在于该电能表功能齐全，具有较高的准确度且用法简便，必将成为将来电网发展中的主要计量装置。电子式电能表各部分作用相辅相成，融为一体。输入级承担着电压电流转换的功能，其利用电压电流互感器将电网内信号转化为便于计量的小型信号，并将信号传递至乘法器；而乘法器接收信号后，将模拟信号转化为乘积形式，然后输送至V/f部分，经转化电路变为脉冲数字信号，最后进行计数，完成电能的测量。相比感应式电能表，电子式电能表的优势在于频率曲线的稳定和衰减程度较弱，该类电能表对于谐波和基波响应基本相同，加上其宽频带特征，能够精确计量基波电能和谐波电能。但是电子式电能表难以区分开谐波和基波，其进行电能计量时所得结果一般偏大。

3 降低谐波对电能计量影响措施

谐谐波对于电能计量的影响主要表现在电能计量方式和电能计量装置两方面，因此要降低谐波的影响程度就必须从这两方面着手，改进计量方式和装置，提高电能计量的准确性。

3.1 改进计量方式

现现阶段电力行业系统中主要计量方式为全能量计量方式，这种方式存在较大的弊端，因此首先要对该计量方式进行改进，应采取对基波电能和用户吸收、发出谐波电能分别计量的方式。这样不仅考虑到了线性负荷时，谐波吸收电能造成用户费用增加的现象，而且消除了非线性负荷时，谐波产出电能引起电力企业利益受损的现象，双方面保障了电能计量结构的准确性，提升了用户的信任度和电力行业的潜力。

3.2 改进计量装置

目前绝大多数用户的负荷属非线性，改进计量装置的关键在于消除谐波产生回流至电网内部的电能，只有对该部分进行精确计量并加以处理才能够达到准确计量电能的目的。为此，我们可以采取谐波源判定识别技术进行计量装置的改进工作，通过仔细甄别检测，找出谐波源加以抑制和监管，准确计量用户向电网发出的谐波功率，再进一步考虑影响因子，提高电能计量的准确性。而对于部分冲击载荷，则需提高计量装置的频率局部应变能力，确保该情况下能如实反映用户的电能消耗量。

4 结束语

在在电力系统的网络中，电能计量占据着重要地位，其精确程度直接影响发电方、供电方和用户三者间的利益关系和交易的公平性。而目前我国部分地区的电力计量方式和装置相对落后，无法有效预防和避免谐波对电能计量的影响，使得电力企业效益蒙受损失。因此电力行业必须针对谐波对于电能计量的具体影响，进行更为细致、更为有效地计量方式和装置的改进和研究，只有如此，电力行业才能在电能计量方面得到强有力的支撑和推进。

参考文献

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