谐波存在时电能计量方式的改进及应用

许华霞

摘要：电能在我国社会经济的发展中起着不可替代的作用，电网运行的安全性与稳定性直接关系到社会生产和人们的日常生活，而电能的计量也是电力供应中非常重要的工作。文章介绍了谐波的相关概念和谐波存在的危害，分析了谐波存在时对电能计量的影响，并就谐波存在时电能计量方式的改进及应用展开论述。

关键词：谐波；电能计量方式；电网运行；电力供应；计量误差 文献标识码：A

中图分类号：TM714 文章编号：1009-2374（2016）08-0028-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.015

1 谐波的相关概述

1.1 谐波的概念

谐波是指在同一周期内电气量的正弦波分量，谐波次数通常为谐波与基波频率的整数比值，这是因为谐波的固有频率一定是基波频率的整数倍，因而其整数倍比值也就是谐波次数。在电网的运行过程中，受到各种因素的影响，会不可避免地产生谐波。当谐波在电网中存在量过大时，则会影响到电能计量，导致电能计量误差的出现。电能计量误差是指电能表上的读数与实际被测量出的电能值不一致，两者之间的误差即电能计量误差，使用一定的公式可对谐波存在时导致的电能计量误差进行计算。

1.2 谐波的危害

在电网的运行过程中，会不可避免地产生一些谐波，而谐波的存在会产生非常大的危害，主要表现在对设备的损害、导致电力事故的发生以及造成电能计量表的误差等方面。随着人们对电能需求量的不断增大，电网中对电能的运输量也随之增大，大量的谐波也因此产生。谐波对电力系统中各种设备和线路都会造成一定的影响，如缩短线路和电力设备的使用寿命、对其产生严重损坏等。这样一来使得电力行业在电力的维护与运行中所需的成本越来越高，降低其经济效益，并在一定程度上造成电能供应的不稳定。除此之外，电网中大量谐波存在时会引发电路中出现谐振现象，对串联电路或并联电路均有影响，进而导致输电线路内过电流或过电压情况的发生，引发安全事故。线路中出现过电压或过电流情况较轻时会加快电气设备的老化速度，产生额外的能耗，使供电设备无法正常使用，电能计量和测量仪器显示异常，进而造成电能计量出现误差，会对通信器材和设备造成一定程度的损坏，严重影响信号传输质量，例如出现信号传输失真甚至无法进行传输的状况。谐波对通信器材与设备的影响情况较为严重时会使相关仪器过热，进而导致其损毁甚至爆炸，不仅会威胁到电力工作人员的人身安全，同时还会给电力企业带来巨大的经济损失。由此看来，谐波的存在会产生十分严重的危害，一方面影响电力系统运行的稳定性与安全性，另一方面给国家和社会带来巨大的经济损失，不仅不利于工业的发展，反而会对人们的日常用电产生不良影响。

2 谐波存在时对电能计量的影响

由于谐波存在时本身带有功率，因此谐波存在时必然会使电能计量产生一定的误差，即电能计量表上的读数与实际所用电能值不符。因谐波存在时，其主要由基波电流、电压或是基波电量中所产生，当基波电压、电流保持始终不变的情况下，电能表的线圈和抗阻结构作用会发生一定的变化。由于电压磁通和电流磁通之间存在一定的关系，当阻抗呈小幅度变化时，会相应导致进入到电能表中的实际电流值发生变化，影响电能表数值的准确性。长此以往，多余的电量使得电能表负载运行，最终导致电能表的计量精准度下降，影响电能计量工作的顺利进行。

谐波存在时可用E'=C1E1+ΣChEh这一公式计算电能表中所反映的电能值，其中E1和Eh分别表示的是基波电能值和h次谐波的电能值；C1和Ch分别表示电能表中h次基波值和h次谐波的比例系数。公式中的代表符号并不是固定的，以国际实际标准为依据。

谐波的存在使得电能计量出现误差，不仅会对电网造成一定的损害，还会导致用电用户在缴纳电费时出现多交或少交电费的情况。对电子式电能计量表来说，谐波的存在对其电量计算产生的误差针对不同的用户可以具体分为两种情况：当用户源头出现谐波时则会使电能表的数值小于实际基波电能值，那么用电用户缴纳电费时则会相对少交；而当非用户端产生谐波时，此时的电能表所反映的数值会大于实际基波电能值，那么用户则会缴纳多余的电费。由此看来，电能表计量受谐波影响产生的误差严重影响到用电用户和电力企业双方的经济利益，违背了社会公平公正的发展原则和要求。电能计量出现误差对电力行业以及工业和其他行业的发展都十分不利，影响社会的稳定，并造成一定的社会经济损失。因此，加强对谐波存在时电能计量方法的研究，对其进行改进，从而解决谐波存在时电能计量出现误差问题，提高电能计量的准确性，对保证电力行业的健康快速发展具有重要意义。

3 谐波存在时电能计量方式的改进及应用

3.1 推广全电子式电能表

改进谐波存在时电能计量方式，主要是为了减少谐波存在时电能计量产生的误差，提高电能计量的准确性，需要对谐波有充分的认识。电力工作人员应充分了解谐波产生的原因及其影响因素，对谐波在电力系统中具体是如何产生作用以及谐波对电力系统具体会产生哪些影响等问题有足够的了解与掌握。传统全能量式计量方法在现代电能计量工作中十分不合理，特别是谐波存在时的电能计量会产生较大的误差。电子式电能表因谐波的存在而产生误差主要是由传统的点击算法造成的。因此，对谐波存在时电能计量方式进行改进，首先就要改变电能的计量算法。推广全电子式电能计量表能有效地减少谐波存在时电能计量的误差。全电子式电能表的计量方法较为复杂，需要由技术人员专门进行操作。全电子式电能表的计量方法为：W=C1W1-CfinWfin+Cfout∣Wfout∣，其中W1所代表的是负载消耗的基波电能；Wfin代表的是被吸收谐波电能；Wfout表示的是输电过程中所产生的谐波电能；C1、Cfin、Cfout三项代表以上三种电能相应的加强系数。在对电能表电能进行实际计量时，通常会将C1这个参照值设为1，当Cfout>1时，表示谐波产生于用户端，此时所显示的电能计量值较实际小，用户也因此少缴纳一部分电费，那么需要通过将所显示的电费与误差电费相加得出用户实际须缴纳的电费；当

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3.2 频域电能计量法

频域电能计量法是对谐波存在时所产生的电能计量影响进行排除，防止对谐波分析时产生的影响因素，从而得到准确的谐波频率以及电能值。通过对电流加窗离散化，使电压信号序列，从而降低频谱外泄，加窗后的谐波电流电压序列进行离散傅里叶变换，利用FFT的计算方法可以对加窗后的电流与电压频域参数进行计算，其计算公式为Pk=。在对频域内参数估量计算后，根据FFT的计算方法得出的结果，得到电流和电压信号中谐波分量的品蓝偏差、相位、幅值等信息和数据。在根据这一计算公式得出各次谐波的无功电能和有波电能后对应相应的仿真实验，可以将谐波存在时对基波计量造成的影响直观地反映出来。仿真实验是以一种模式实验的方式直接对谐波进行观察实验，通过仿真实验可以得出实际情况下谐波对电能表计量产生的影响数据。频域电能计量法中包含了仿真实验以及噪声存在时仿真实验等方法，最后通过三角卷积窗公式

=WT（t）×WT（t）……WT（t）对基波电能进行准确的计量，得出实际电能数据。

3.3 带加权系数的谐波有功计量法

带加权系数的谐波实质上是一种分别对基波电能和谐波电能进行计量的方法，其计算公式为W=W1-ChposΣWhpos+ChoppΣWhopp。这一公式中W1表示基波电能；Whpos为正向谐波电能；Whopp为反向谐波电能；Chpos为正向谐波电能的加权系数，其范围在0～1之间；Chopp为反向谐波电能的加权系数，大于1。通过这种计量方式能实现对电力系统中受到谐波危害的线性负荷用户的一次性补偿，同时还能合理地处置由非线性负荷用户引起的谐波电能问题，有效地提高了电能计量的准确性，确保了电力收费的公平性。

4 结语

随着信息时代的到来，电子产品的生产量和使用量也在不断增加，这就使得大量的谐波被注入到电网系统的运行过程中。谐波存在时对电能的计量会产生严重的影响，使其出现较大的误差。只有对谐波产生的源头进行分析，并采取相关对策改变电能计量方式，才能解决该问题。通过推广全电子式电能表、采用频域电能计量法，实现对电力用户基波电量和谐波电能分开计算，从而准确地对用电用户电能的使用情况进行计量。应用以上方法相信能将谐波存在时对电能计量误差的影响降到最低，从而推动我国电力行业的健康发展。

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（责任编辑：黄银芳）