电力计量中谐波的影响及防范

舒世钰+陈星

【摘 要】 电能计量的精准性直接关系着电力企业工作效率及综合效率的提高，但受谐波的影响，电能的采集及计量结果与真实数据会存在一定的偏差，因此，探究谐波对电能计量的影响以及针对影响进行有效性的防范对电力企业而言具有重要的意义。文章在简要概述谐波对电力计量产生影响的基础上，分析了电力计量过程中谐波防范的必要性，并提出了具体的防范措施，具有一定的实践参考价值。

【关键词】 电力计量 谐波 电能表

电力计量的精准度与科学性直接影响着电能发、供、用三方的经济效益及交易公平性，如何提高电力计量精准度是一个值得深入研究的课题。电力计量装置主要有互感器、电能表、二次回路等组成，其中电能表的精准度直接决定着电能数据综合误差的大小。因此，对电能表计量精准程度的研究是电力计量研究的主要切入点。目前普通应用于电力系统的电能表主要有感应式计量表和电子式电能表两种，笔者主要基于谐波对电能表计量的影响，提出电力计量谐波防范的必要性及具体的策略。

1 谐波对电力计量的影响

谐波对电力计量的影响主要表现于对电能表计量的影响，谐波影响下的基波电能与谐波电能的大小将影响电能表的准确性。

1.1 谐波对感应式电能表的影响

感应式电能表的最佳工作频率为电网额定频率，而且电压、电流的波形必须为正弦波形，如果电压、电流出现波形畸变，就会影响电能表的精确度。在基波电流与基波电压保持不变的情况下，电压与电流中含有谐波分量，会使电能表电压线圈的阻抗以及转盘阻抗发生变化，影响电压、电流的工作磁通，进而影响到电能表的测量精度。在感应式电能表中含有铁心，具有非线性的特性，电压、电流波形的畸变会使铁心出现饱和，磁通不能呈现线性变化。由于同频率的电压、电流才能产生有效的功率，而且同频率的电压、电流的磁通才能产生有效转矩，在波形畸变的影响下，功率与转矩不成比例产生误差。

1.2 谐波对电子式电能表的影响

电子式电能表在测量不同的信号时有不同的响应，测量的误差也不同。相关研究数据表明，当测量信号的电压、电流分量中，其中一个信号含有谐波出现畸变时，电子式电能表会出现测量误差，而且误差的大小与畸变程度呈正比。但从整体表现效果来看，目前使用的电子式电能表比较于感应式而言误差还是要小很多，因此，为了保证电力计量的准确，应优先选用电子式电能表。

2 电力计量谐波防范的具体措施

电力的精准测算不仅关系着供电方及用户的实际利益，还涉及了多个电力技术指标，直接影响着电力系统的安全、稳定运行，因此，需要采取各项措施对电力计量过程中的谐波加以防范和治理。

2.1 预防性措施

为了避免谐波对电力计量产生影响，首先应减少注入电网的谐波，采取预防性措施避免谐波源产生谐波，针对非线性负载，改变其工作方式，减少谐波的注入。（1）在发电机、变压器以及电容器等供电设备的设计及制造过程中，通过一些措施减少谐波。例如，变压器绕组的巧妙连接可消除3次及其整数倍的谐波。（2）通过整流器脉动数的增加或可控硅的应用限制谐波源。谐波含量与脉动次数有关，当脉动数增加时，谐波含量与谐波次数成反比，次数较低、幅度较高的谐波消除后，电能质量提高。（3）使用全控型元器件，利用PWM技术减少整流器在变流过程中的谐波。

预防性措施可以从源头避免谐波对电力计量的影响，但此方法更适用于电子式电能计量装置，相应增加了一定的应用成本，经济性较为欠缺。

2.2 补偿性措施

如上文所述，预防性措施在一定程度上会增加电力计量过程中谐波预防和治理的成本，适用条件会受到限制，因此，还需采用补偿性的被动式预防措施，主要途径是通过谐波源处就近安装滤波器来减少谐波。从理论上来看，滤波器调谐到某频率时，该滤波器的阻抗为0，所以将该次谐波全部吸收，但在实践过程中根据条件及滤波装置的不同，谐波消除效果会有所区别。滤波装置主要分为无源滤波装置、有源滤波装置以及混合型滤波装置，在实际应用中需根据现场情况进行选择。无源滤波器结构较为简单，成本也较低，对于部分次数的谐波吸收效果良好。不过无源滤波器对于偏离调谐点的谐波吸收效果不佳，并且在谐波电流过大时无源滤波器可能过载导致设备损害。另外，若电力系统阻抗和频率变化，可能导致产生谐振。因此，随着智能控制技术的发展，滤波器也在进步，在无源滤波器不能满足电能质量要求时，目前多采用有源电力滤波器来预防谐波。与无源滤波器被动抑制谐波有所区别，有源滤波器主要采用主动输出补偿电流来抑制谐波，这使得有源滤波器具有诸多优点，例如使用灵活，能够对各次谐波包括指定次数的谐波进行补偿；补偿速度快，对于幅值以及频率都在变化的谐波也能够补偿，并且补偿效果与电网的阻抗、频率无关；在电网谐波较大时，依然能够工作在额定容量内。

2.3 管理性措施

对于电力计量过程中，除了采用以上预防性及补偿性的技术措施，还需要加强谐波预防及治理的管理。

（1）充分认识谐波对电力计量的影响，建立健全谐波管理体系，组织专业管理队伍进行谐波的预防与治理。

（2）加强电力计量过程中谐波预防相关标准及相应规范的宣贯工作，要充分认识到谐波的预防与治理不只是供电企业的责任，而是电力企业和用户的共同责任，减少电网污染，提高电能质量对双方都有较大的潜在利益，是一项互惠互利、节能增效，保证电网和设备安全稳定运行的举措。

（3）对所辖电网进行系统分析，正确测量，以确定谐波源位置和产生的原因，为谐波治理准备充分的原始资料。对于产生谐波较大的地方，可设置长期观察点，收集可靠的数据，评估电力用户的用电设备是否产生了超标的谐波污染。

（4）严格新建、扩建、改建的报装审批手续，对新上用户设备的负荷特性进行严格审查，非线性负荷用电设备接入电网前要进行电能质量评估，试运行期间要进行电能质量实测，如实测超标，则不允许其并网运行。

（5）已投产用户遗留的谐波污染问题，按照“谁污染、谁治理”的原则进行处理，在大容量非线性用户入网侧加装谐波监测装置，对不履行供用电协议的用户可停止供电，对电网及其他用户造成电能质量不合格的谐波源由用户负责赔偿。

3 结语

从文章的分析可以看出，谐波对电力计量中的影响是非常明显的，然而谐波的预防及治理又是一个系统性、综合性的过程，需要根据实际情况基于技术的经济性、可行性及有效性考虑，选择合适的谐波预防及治理方案。

参考文献：

[1]吴培锦.浅析谐波对电能质量的危害及其治理措施[J].机电信息，2015，（24）.