谐波对电能表计量的影响与对策研究

黄帅 刘莹

【摘 要】随着人们生活水平的不断提高，对电能的质与量的要求越来越高，但在电荷和容量过载的条件下，谐波对电能的测量有很大的影响。本文分析了谐波产生的主要原因，简要总结了谐波对电能表计量的影响与对策研究。

【关键词】谐波；电能表计量

在电力系统中，电能计量的准确性会直接受到谐波的影响。在电网中，基波的电流和电网谐波功率都具有一定电流的方向，其中基波的功率是从发电机流向各种电力设备。而谐波功率潮流则与基波公路潮流正好相反，谐波功率电流走向是由非线性、变电设备流向其他线性的发电机或用电设备的。由于谐波源是电流源，在传输过程中谐波潮流的中间段的电阻要比末端电阻大。所以谐波功率的消耗主要在中间环节。下面对产生谐波的原因以及对计量的影响和措施进行简要分析和研究

一、产生谐波的原因

电能计量的准确性与电力企业和用户的切身利益有着直接的关系，因此对电能计量进行研究是十分必要的。电能计量在工作中所产生的误差大部分与谐波电流有着直接关系，由于当今社会对电力的需求不断增大，许多电流器件都有超负荷的现象，在器件内部应用非线性负载容易产生谐波，从而影响到了电能计量的准确度。

虽然谐波产生各不相同，但是最主要的原因有三种。首先，发电机产生谐波的原因。由于安装发电机的绕组时没有做到均匀和对称，发电机在运行时电能质量发生不稳定现象因而形成谐波。其次是输电和配电系统的影响。在输电配电系统中，变压器铁芯的饱和程度越高，产生谐波的概率越大，非线性的变压器磁化曲线，变压器的磁化电流也就越大，其产生谐波的可能性越大，变压器的磁化电流就越不稳定，产生谐波。最后，由于电力消耗的影响。如今，许多电力装置，如电源开关或各种充电装置，都在使用晶闸管材质的材料，这种材料是很容易产生谐波的，特别是用晶闸管材料制成的整流设备，会产生更多的谐波。

二、谐波对电能计量的影响

谐波的产生，电能计量必然会收到非常大的的影响，谐波对电能计量的影响和误差主要是对互感器产生误差和对电能表产生误差两个方面，测量误差主要有变压器误差和功率表误差两个方面。

（一）谐波对互感器产生影响

互感器的种类繁多。本文主要分析电磁式互感器在谐波的影响下所产生的误差。一方面，谐波是如何对电压变压器产生影响的。在电站或变电所中，电压互感器通常安装在远离计量计安装点的地方，有许多电缆、隔离开关和终端。这些元件的存在将产生二次电路阻抗，包括接触电阻、导体阻抗和元件的内阻。这些二次电路阻抗将影响电压变压器，主要是由于两端电压不一致，从而导致测量误差。另一方面，对电流互感器的影响。电流互感器工作时，可能产生励磁电流。电流损失大，电磁电流互感器铁芯磁化曲线非线性。铁芯饱和度越高，产生的电流和额定电流的差幅越大。

（二）谐波对电能表产生误差

电能表是一种重要的电能表，其中主要包括电磁感应电能表、全电子电能表等。电磁感应功率计内部存在基波、谐波电压和电流，引起电压线阻抗、转盘和电流电压通量的变化，进而引起电能测量误差特别是当基波和谐波波形畸变的时候，电压和电流的铁芯又不是线性的，不能与电磁矩阵重叠，使电能测量会产生的误差会比较大，它主要与计算方法有关。在进行计量时，全电子电能表会首先记录不同频率下产生的电流数值，然后选取一些数据进行采样和计算。但在计算功率时，这种方法将所有的波功率相加，而谐波流向则不被考虑。因此，对于非线性用户，非线性负载的误差是负的，也就是说电能计量会减少；对于线性用户，由于线性负载的误差是正的，会多计量电能，因此线性负荷的误差就是则为正总之，电能表的计算方法对电能测量的精度会造成很大的影響，特别是当谐波功率增大的时候，误差也会变得更大。此外，电压电路的外部温度、频率和交换元件会影响测量的准确度。

三、解决电能计量误差的措施

为了解决或减少电能测量的误差，我们必须采取措施优化和改进发电误差，包括

（一）互感器改进改进变压器和电流表

变压器对测量误差的影响主要表现在电压变压器和电流变压器。对于这些错误，我们可以考虑以下几点。

1.电压互感器改进

在改进电压互感器时，首先要优化内部结构，因为铁芯的内部结构是产生电能测量误差的重要因素，所以在安装铁芯时应注意材料的选择，最好地利用高磁导率的材料，然后铁芯的磁密度应尽可能均匀，尽量减少磁密度。铁芯的长度应适度减少。此外，通过减少绕组的转动次数和改善绕组的耦合状态，可以减少功率测量的误差。第二，减少二次电路中的电流。例如，选择特殊电路和计量线路，并在功率表和变压器之间设置专用线路。或者，经常需要检查和修理电线和部件之间的连接，减去不必要的接触电阻。还可使用多绕组电压变压器或补偿仪器来补偿破损误差，多绕组电压互感器或补偿仪器可用于补偿二次电路的误差。

2.电流互感器改进

在改进电流互感器以减少误差的过程中，可以采用补偿方法补偿励磁力。有被动补偿和主动补偿。被动补偿的方法是二次侧的固定电容，但它可以自动跟踪补偿，因为它提高了功率测量的精度。

（二）电能表改进

以上提到的一些能量表在改进时主要是可以优化的。电子电能表的缺陷是其测量方法，因此在改进时主要是为了优化测量方法。在原来的计算方法中，由于谐波的影响，线性用户测量的电量较多，非线性用户测量的电量较少，这对线性用户是非常不公平的。因此，在优化计算方案时，应采取惩戒措施，惩罚谐波源的用户，并补偿其他用户和电网系统受谐波影响的用户。在测量方案方面，我们可以以基波电为基础，然后以谐波电作为奖励和惩罚的基础，即基波电的基本成本，然后向产生谐波的用户收取补偿费用，而不只是减少对其他用户的影响。同时，产生谐波的用户能够有意识地处理谐波，减少误差。

（三）计量方式的改进

在实际的电力系统中，电力供应不可避免地会产生背景谐波，同时也会产生大量的非线性负载。同时，电源背景的谐波特性也不是恒定的，即电源的谐波成分发生了变化。在这两个因素的影响下，测量装置的硬件和软件要求都很高，因此测量装置的成本增加了。背景谐波和非线性载荷对测量点的联合作用是同一阶谐波分量的矢量和，反映在谐波的总有源功率中。

根据供电质量的有关规定，供电谐波分量不得超过限额。当电网谐波含量在规定范围内时，线性负荷消耗的谐波有源功率不到基波有源功率的0.1%。工作上的错误，因此，提出了一种新的谐波功率测量方法，包括基本波功率因数、等效功率因数和总电流失真率。

四、结语

谐波对功率测量的精度和合理性有很大影响。根据电价制度的规定，在电价或耗电量方面，必须补偿吸收谐波的用户，分摊向电网注入谐波的用户的电费，并根据谐波的比例调整电价。但是，我国目前还没有这方面的技术和业务运行规则，因此分别使用基波和谐波电能的测量方法来记录谐波电能方向是合理可行的。这可以提高测量精度，减少测量损失；同时，经济杠杆被用来减少谐波对电网的传输，从而减少谐波对其他用户的影响和危害，并确保电网的电力质量。总的来说，在谐波背景下，电能计量必然会产生误差，但并非不可避免。因此，针对谐波产生的主要误差效应，有必要认真分析谐波产生的原因，并采取相应措施减少或消除谐波误差。

【参考文献】

[1]宁志毫， 罗隆福， 李勇， 等.大功率整流系统谐波功率特性及其电能计量的影响和节能分析[J].电工技术学报， 2012， 27 （11） ：248-255.

[2]赵伟， 彭宏亮， 孙卫， 等.谐波条件下基于计量误差量化分析的电能计量方案[J].电力系统自动化， 2015， 39 （12） ：121-125， 151.

[3]张志柳， 李芬， 梁晓峰.电子式电能表谐波特性试验研究[J].计量技术， 2013 （1） ：18-20.