电力谐波对电能计量影响研究

刘晓璇

摘 要：电力谐波是电力系统中常见的能源污染，会导致电机发热发生故障，使电脑等通讯设备受到干扰。本文对电力谐波的产生原因进行探讨，结合电力谐波对电能计量影响的分析，提出降低影响的优化对策，为有关人士提供参考。

关键词：电力谐波;电能计量;影响

引言：随着我国电网建设规模增大，电力用户增加，电力谐波的现象也越来越多。交流电网有效分量是工频单一频率，与工频频率不同的成分都称之为谐波。由于各种电力电子装置在电力系统、工业、交通和家庭用电中应用日益广泛，电力谐波造成的危害问题，引起各国高度关注，通过召开学术会议，不断推动限制电力系统谐波和降低用电设备谐波的技术发展。

1电力谐波产生的原因

1.1发电源质量不高

由于发电机是三相绕组，从制作角度来讲，很难做到绝对的对称。发电机的铁芯也很难做到绝对的均匀一致，导致影响发电机质量，从而影响电源质量，因此，有些电源会存在产生谐波的情况。

1.2输配电系统产生

输配电系统中的变压器也是产生谐波的主要原因，在设计变压器时，由于变压器铁芯的饱和等因素，磁化曲线是非线性的。变压器磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，磁化电流呈尖顶波形，产生奇次谐波。

1.3用电设备使用过程产生

电力用户对电能源的使用，通常是用于生产和生活。企业生产建设离不开电力机车、铝电解槽、开关电源和充电装置等设备，由于许多设备中都含有晶闸管整流设备，这给电网带来了大量的谐波污染。晶闸管整流装置在技术上采用的是移相控制，吸收电网的缺角正弦波，留下的一部分缺角正弦波中带有大量的谐波。当整流装置是单相整流电路时，在接感性负载时，含有奇次谐波电流。其中3次谐波的含量能够达到基波的30%。在接容性负载时，含有奇次谐波电压，而且谐波含量随电容的增大而增大。还会引起旋转设备和变压器振动并发出噪声，长时间的振动会造成金属疲劳和机械损坏。电力谐波可引起系统的电感、电容发生谐振，使谐波放大。当引起系统谐振时，谐波的电压升高、电流增大，导致继电保护及自动装置误动，损坏电力电容器、电缆、电动机等系统设备，引发系统事故，威胁电力系统的安全运行。

2电力谐波对电能计量产生的影响

2.1电力谐波对电能计量装置的影响

电能表按工作原理分为机械式电能表和电子式电能表，机械式电能表的组成包括轴承、驱动元件和制动原件等，其工作原理是交变电流和电压在穿过电表时，产生了驱动力，带动转动计数器字轮。对于不同的电流和多种影响因素，即使对电表作出调整，也不能实现对机械式电能表的精度控制。最广泛应用的机械式电能表是感应型电能表，是通过交流电基波做为基础设计的，电能表计量过程中，通过磁感应驱动元件产生力矩，再将计度器带动进行电能计量。当电力系统产生电力谐波时，电能表上的电流和电压会受到电力谐波影响产生畸变电流。电力谐波会导致电能计量表产生电磁转矩，导致电能计量装置容易产生误差，影响电能计量表对电能的计量[1]。

2.2电力谐波对电流互感器的影响

电流互感器装置是电能计量装置的重要组成部分，因其不耐受直流分量，不能测量直流电流，在出现直流分量时，会造成交流电的电流测量失准，对直流分量时的电能计量出现减少、漏记的现象。电网中的直流分量常规下是由于整流产生的，例如，电气化铁路、炼钢炼铝、电锅炉等工业行业用户，整流电汇导致交流中带有大量的直流分量。尤其是半波整流，电流为半波电流，低压电流互感器不能传变电流信号，电力计量工作无法精准完成。由于现有的低压电流互感器在直流分量下是产生直流偏磁的，直流分量无法改变磁通。

2.3电力谐波对电能计量准确性的影响

电力谐波会影响电能计量的仪表产生电磁转矩，是导致电能计量失准的主要因素，是计量装置有较大误差的隐患。由于电磁感应式电表，装置中不仅存在基波还有谐波，谐波对电能表的影响，还体现在电压线圈和旋转盘的阻抗变化上，详细磁通量出现变化，因此导致电能计量的误差。

3电力谐波影响下电能计量的优化对策

3.1優化计量方式

要降低电力谐波对电能计量的不良影响，可以采用优化计量方式、提高计量方式的管理等手段。可以应用全能计量方式和基波电能计量方式，采用以上两种方法进行深入研究，能够提高对计量方式管理的有效性。全能计量方式是对电能表的要求比较高的，电能表要能够将基波电能和所有的谐波全面、准确的反馈，能够起到降低谐波对电能计量的影响作用，提高电能计量的准确性。对线性用户，可以普及电子式电能表，推广电子式电能表的使用，能够有效针对谐波的干扰，降低谐波对计量过程产生的影响。电子式电能表大幅度降低了电能计量的误差，误差情况接近于0。基波电能计量方法的优点是准确性强，对基波有功功率和电能，可以精准地表现出来。作为高效的计量方式，基波电能计量可以保证在电能计量工作中，得到准确和合理的计量结果。基波电能计量可以绕开谐波有功功率，在线性用户和非线性电力用户中，无法统计全部电能计量。

3.2减少谐波使用

为提高电能表对电能计量的准确，要降低电力谐波对电能表的干扰，减少电力谐波的产生。减少电力谐波在电网中的使用量，能够有效减少电网中的电力谐波，从而达到控制电力谐波的作用。供电企业和有关部门应该加强对供电范围内的谐波源用户的监管措施，通过长期的监测，必将发现这是严重的电量损失。由于电力谐波对电网来说，谐波功率呈负值，对电网造成污染和影响，对非线性用户，应该予以检测，在谐波超过一定限值时，提醒用户注意用电情况，当谐波超过限值很高时，谐波保护发出跳闸命令，对用户进行用电限制。

3.3增加换流装置相数

利用增大换流装置的相数，可以起到对电力谐波的抑制作用，能够对电能计量表的计量准确性提高，从而控制电力谐波对电网带来的影响。通过换流装置增加脉动数，也能起到减少电力谐波的作用，换流装置和他交流侧、直流侧形成的电力谐波次数能够消除幅值大的低频项，能够让电力谐波得到较好控制。从源头的换流装置对电力谐波的产生起到管控作用，能够更好地抑制电力谐波的产生，能够提高电能计量的准确性。

3.4不断强化技术改进

非线性电力用户用电过程产生的电力谐波，会影响电能计量表的准确性，电能计量的结果和实际的电能消耗存在很大差距。供电企业要加强对产生电力谐波用户的管理，对电力谐波用户采用合理的技术管控。加强对电力用户的电量使用的监管措施，要推广新型的数字电能计量表，对用电产生电力谐波的用户，可以加装谐波过滤装置，起到降低电力谐波对电网影响的作用，提高电量计量的准确性[2]。

3.5有源滤波法和无源滤波法

3.5.1有源滤波法

在谐波源附件，要减少产生谐波电流，要让供电系统受电力谐波的影响降低，能起到对电气设备的保护作用，降低谐波电压，从而达到减少谐波电流产生的危害，是减少电力谐波的有效方法之一。

3.5.2无源滤波法

无源滤波法是利用电感、电容和电阻的组合结构，设计成的滤波电路，可以起到滤除一次或多次谐波的作用，较为普遍使用的是电感与电容串联，能够对主要次谐波构成低阻抗旁路[3]。

结论：我国电力企业不断完善电力系统建设，非线性用户负荷数量也不断增加，导致电力谐波对电能计量的影响愈加明显，为保证电能计量得准确，要不断深入研究电力谐波对电能产生的影响。通过对电力谐波问题的深度挖掘和积极研究，为电力行业找到减少、减弱电力谐波的根本办法，实现电力系统高效运行。

参考文献：

[1]何建新.关于电力谐波对电能计量影响的分析与探讨[J].电子测试，2021（11）：117-118.

[2]黎庆辉.电力谐波对电能计量影响的探究[J].中国标准化，2019（22）：201-202.

[3]刘畅.关于电力谐波对电能计量影响的分析[J].中外企业家，2019（33）：105.