电力谐波对电能计量的影响

张鑫　张帆　杨明涛

摘 要：实际生活中，谐波产生的原因，总结起来，如以下几点：发电源头质量低下，输配电系统自电力变压器在实际运行中不可避免地产生，最多的谐波来自于晶闸管可控硅整流设备的泛用，这种可控的导电开关深入普通人民的生活中。产生的原因复杂多变，这也是其难以治理的根本原因。

关键词：电力谐波;电能计量;影响

前言

电力系统中的谐波分量过大将造成诸多危害：①使电能利用率降低，电力系统设备产生附加能耗，同时增加了电气应力，影响设备安全稳定运行;②大量分布式电源在公共连接点集中被接入，可能放大电网的谐波振荡;③在柔性直流输电运行过程中，直流场持续的谐波扰动可能引发一系列不稳定现象，从而影响系统的安全稳定运行;④谐波还可能使得保护误动作，测量装置产生误差，甚至可能会对通信线路产生干扰，影响通信效果。

1 谐波对电能计量的影响概述

电能计量是整个电网经济整个工程的基底，其精度关系到政府与人民，或者说供需两方的利益，牵扯的利害关系众多。随着现代科技的发展，国家电网污染日趋严重，电能表是否真实地反映非线性用户的用电量这是一个比较紧要的课题。具体来看，首当其冲的影响就是电能计量的准确度，家用的一般都是单相表，国家电网公司和南网电网公司的要求一般都是2级单相表，2级的意思是误差不超过2%，也就是说一户人家走100度电，只要电表计量在98-102之间都是没什么问题的。随着电力系统谐波含量的不断增加，电子式电能表在谐波下的计量不可避免地出现误差，也就是我们常常提到的两个概念：频谱泄漏是没有截取整数倍周期信号造成的，这时候频谱会受到截断窗频谱的卷积，可以类比为通过了一个信道，其冲激响应导致频谱尖峰模糊不清，频谱泄露就是分析结果中，出现了本来没有的频率分量。解决方案是要么增加数据量，要么提供先验信息栅栏效应只能看到一些频率点上的值，但不一定是真实的信号频率值。此外，感应式电能表，即传统的机械表，利用电磁感应原理将电压，电流和相位转换为磁矩，并推动铝盘旋转，盘（蜗杆）的轴驱动齿轮传动表的鼓，转动车轮和旋转的过程是累积时间量的过程，这也在我国在中西部地区得到广泛的使用。在生活中，一些比较明显的影响比如：加速电力变压器老化，变相地缩短了变压器的使用寿命使用时长;断路器过载，由于谐波电流在导体表面流动，引起导体发热，使开关的容量实际降低，造成经常性莫名地跳闸;还有就是对变电所的继电保护产生干扰，造成局部停电事故，这个发生的频率降低，相关部门有一定的防护措施;干扰通讯影响通讯网络通讯系统，当下网民数量攀升，使用频率高，谐波的存在极其容易造成网络波动，最后就是一些常用的的家庭电器。

2 关于消除谐波的不利影响的几点建议

首先，根据国际电机工程协会非正弦工作组的推存，建议对有电压或电流波形畸变的用户采用原理先进的数字电能表计量;根据其实际测试情况可采取装设濾波装置等其他对应的措施，保证谐波含量降到最低的标准，减少谐波对电能计量的影响减轻谐波对家用电气设施的损害。

其次，利用谐波电表，理论上来讲，它能够专门对谐波进行准确的计量，我国的谐波电表还处在试用初入电网的阶段，相比国际上的同类产品，还有着阶段性的差距，不仅涉及到电能计量，同时也与谐波功率因数计算技术相关，此项目尚在起步阶段，如若有所成就，必定能对谐波污染的治理有巨大的推进作用。

最后则是推进风电光伏发电等清洁能源项目，电网污染严重且并非一日之功，在深度治理的措施下也要拓宽思路，打开新的治理方法，以上方法避免了线性用户因被多计谐波电能而遭受经济损失同时避免了非线性用户计量负的谐波电能从而让人民少承担部分电费，达到最终的目的。

3 谐波检测的发展趋势与展望

3.1 发展趋势

尽管传统的谐波检测理论已经趋于完善，但随着实际应用的不断深入，各种算法的缺陷不断暴露出来，传统的单一检测方法已经无法适应日益复杂的谐波检测要求，在原有算法的基础上引入新方法，对某些计算过程实现优化，或者利用几种方法相互配合来克服单一检测算法的缺陷，是谐波检测领域的发展趋势。另外，随着大量分布式能源的接入以及高压直流输电的大量投入，电网的安全稳定运行对谐波检测的实时性提出了更高的要求，采用图形处理器（graphicprocessingunit，GPU）实现在线实时分析、处理也是将来谐波检测的发展趋势之一。最后，超谐波引发的电能质量问题也逐渐受到了人们的重视，由于超谐波的频率非常高（2～150kHz），所以对于采样数据的存储、分析以及压缩采样技术提出了很高的要求，同时在测量分析方法上还未实现统一，导致性能评价标准存在着差异。可以预见，超谐波检测问题将成为电能质量关注的新焦点。

3.2 展望

对于谐波检测领域，提出以下几点展望：

1）提出更多新方法、新理论，进一步提高谐波检测精度、实时性、抗噪能力，降低算法复杂度等系列性能指标。

2）针对不同场景下的不同谐波特性，提出与之相适应的检测算法，为谐波的治理和抑制提供方向。

比如，电气化铁路（基波能量大、其余各次谐波能量低，波动性大）、工业电弧炉负载（含低次谐波和大量间谐波）、配电网系统（用户负荷多样性）、新能源并网（要求在风电场、分布式光伏不脱网情形下单独检测产生的谐波）、柔性直流输电直流侧谐波（直流分量叠加交流分量）、超谐波（谐波频率很高）等。

3）提高谐波的在线监测能力，构建谐波综合测控系统，将谐波的检测、分析、监测、告警、抑制等功能集成在一起，形成一体化、智能化的谐波综合测控系统。

结束语

谐波是实时出现的，并且产生原因和很多因素有关，如和电源质量、用电设备本身的状态的微小改变等等。使用的滤波设备本身的精度限制，也不可能将谐波无误差的测量出来，所以治理谐波的工程还是需要期待于现代科技的进一步发展。

参考文献

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