关于电力谐波对电能计量影响的分析与探讨

摘要：在电力系统运行中，谐波的产生是不可避免的，且其会对电能采集、计量结果产生影响，导致误差问题的产生。电能表是电力系统电能计量基本设备，对于供电、用电双方而言，电能计量结果是经济结算的重要依据，因此加强电能计量系统误差控制具有重要意义。

关键词：电力谐波;电能计量;影响;措施

1谐波概述

1.1谐波概念

随着电力系统中非线性负荷的大量应用和多种分布式新能源的不断介入，难免产生大量的谐波，使得电力系统配用电网络中的电压、电流波形产生严重畸变。畸变的电压、电流的存在，也將直接导致电能质量下降，给电能计量带来诸多影响。谐波严格意义上指的是电压、电流中含有的频率为基波整数倍的电量，通常对周期性非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。广义上交流电网有效分量是工频基波，由此与工频频率不同成分均可称为谐波分量，可分为偶次谐波、奇次谐波以及间谐波等。谐波产生原因主要是正弦电压施加压于非线性负载（UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等）上引起基波电压、电流发生畸变。

1.2谐波危害

若不考虑外部影响，电网中的供电电压频率和幅值均为固定不变的。根据我国工程的相关资料显示，当电力系统中出现高次谐波时，即使当前系统为稳定状态且负载均衡，也会因中线中有电流带入造成运行故障。谐波的出现对于电力系统的负面影响主要体现在：对电网运行环境的破坏。电流、电压等参数的突然变化会引发电力设备局部发热等问题，也对电力系统的使用周期造成影响，不利于系统的安全运行;不利于电力设备的安全运行。谐波的出现会引发电击谐振等现象，影响电力设备的精确性，不利于仪器的精准测量，电力数据误差大也会造成系统管理混乱;影响周边区域内通信线路的稳定运行。突出表现为通信质量下降，甚至引发通信设备故障、损坏，同时也不利于生物的生存。

2电力谐波对电能计量产生的影响

电力谐波的产生是不可避免的，影响着电能的计量准确性，体现在全电子式的电能表中，由于实际的电力使用过程中电力客户的用电负荷是动态变化的，会随时发生改变，因此针对每个周期的电压和电流以及电压电流之间的相位差值，利用电子式电能表无法进行准确和快速地测量。通常情况下，电子式电能表的测量元件是由乘法器和A、D采样器构成的，无法直接地计算出相关功率，但是可以通过对用电负荷电压的采样，结合电流的瞬间值采样结果进行计算，得出最后的结果，用采样周期乘以电压瞬间值和采样电流相乘相加后的数值，最终的平均电能就可以计算出来。发生在电子式电能表中的计量误差问题就是在这一过程中将模拟量转换成数字量形成的，A、D采样器的采样次数和转换精度均对计量结果有着直接的影响。并且电能计量装置中电压电流互感器自身存在的比差和角差问题，也会形成对计量结果的影响，这二者之间会形成幅值误差和相位误差，此类误差问题均可能导致电能表的电能计量发生错误。电力线路的具体运行中，电压和电流互感器中有电压和电流通过，在电磁感应原理作用下形成二次电压和电流的转换，再向电能表传入，借助二次导线的功能产生最终的结果，这一过程中计量用的配置是否准确对计量结果形成了一定程度的影响。电能计量装置在电力谐波的作用下可能发生误差问题，因为从理论研究的角度进行分析可以发现电力谐波会在电能计量仪表中形成电磁转矩，这样一来就为后续的电能计量工作埋下了隐患问题，导致计量装置发生误差，降低了电能计量的准确性。电磁感应式电能表装置中共同存在基波和谐波，在谐波作用下，电能表的旋转盘阻抗和电压线圈阻抗发生了变化，改变了磁通量，最终引起了电能计量误差问题，针对谐波有功电能的计量工作必然会面对这一误差因素[2]。

3电力谐波影响下电能计量的优化对策

3.1感应式电能表

感应型电能表测量功率，主要是以电流、电压在表计线圈中的正弦交变磁场为依据，转动的铝盘可感应不同相位空间涡流，并由此带动计数器走度。传统感应型电能表是基于工频正弦波条件下进行准确度检验，在计量中并未考虑直流、谐波等因素。然而在实际运行中，电能表所处电力系统不可能只有工频正弦波，谐波分量可能导致电能表内电磁线圈铁芯饱和，线圈磁场产生畸变造成铝盘转动力矩受到制动，计数失准;铁芯中，高次谐波会产生高频磁通，直接干扰基波产生的工作磁通，以致于铝盘高频微颤，计量误差增大。

感应式电能仪表整体结构简单、性能稳定、安全性高、成本低，同时其使用便捷、使用年限较长，性价比较高，是电力公司中较为普遍的电能计度仪表类型。该设备在频率略窄的频带中应用效果最佳，但随着电力系统运行环境的日益复杂，外部的负面影响因素增多，供电网内波形畸变出现频率提高，造成电能仪表的测量精度降低，因电能计量误差大造成了电力公司巨大的经济损失，甚至损害了用户的利益。

3.2降低谐波影响量

为了使电能计量的准确性得到提高、最大程度地降低谐波对电能计量形成的负面影响，应从源头着手，通过采用功率补偿装置、有源滤波器等，加强对谐波分量的控制，减少电网中的谐波畸变总量。之所以使用谐波目的是保证充足的电能供应，但是大量使用谐波会损害正常的电能供应和运行，针对谐波可能带来的损害问题，为了加强对电力设备和线路的保护，强调电能计量工作的准确效率，可通过对电路的改进方式，使负载性质得到改善，电网中谐波的使用量也能够最大限度地减少，供电企业的输出成本有所减少，提高了电力企业的经济效益，推动电力部门未来更好的长足建设与发展。

3.3电子式电能表

传统的电子式电能表基本结构如图1，其中乘法器是关键器件，常见的为模拟乘法器和数字乘法器两种，数字乘法器可继续分为：硬件乘法器。由移位寄存器、加法器组成，通过时序控制，根据乘法（0或者1）决定累加和右移，运算速度较快，需要额外的硬件电路。电压、电流分别施加于采样元件上，两大参数同步采样并同时输入乘法器。在实际运行中，负载电压、电流均在滤波处理后方输入采样元件，乘法器计算的是工频正弦电压、电流信号。由此，传统电子式电能表未考虑谐波分量所致的误差。

随着高精度、高速、多通道同步数据采样的模数转换器（ADC）以及高性能实时多任务微处理器的大量应用，现阶段我国电子式电能表的技术原理结果如图2，与传统的感应式电能表相比，由于电能表内未设置转盘，以微电子电路为基础，电能计量更加精确、可靠，同时能够准确测量供电电网中的谐波，间谐波等波形畸变量，同时能够计量误差自动检测与校准，对波形畸变展开定性定量分析。在谐波大量存在的情况下，实现电能计量的高准确性和高可靠性，降低用电营销部门的运维成本，维护用电客户的经济利益。

结论

现代化社会的电网运行中，电力设备发生电力谐波的问题是难以避免的，影响着电能的计量工作。此背景下的供电企业应加强对电力谐波分析和深入研究，结合电力谐波带来的影响，加强对电能计量工作的改进和优化，通过技术创新，降低电力谐波带来的影响，保证电力计量工作的准确性，推动电网产业更好的发展。

参考文献：

[1]刘畅，刘军，等.电力谐波对电能计量误差的影响[J].农村电气化，2019（12）：22-24.

[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.

[4]王丹阳.电网谐波分量对电能计量的影响[J].电世界，2019，60（11）：35-38.

[5]马晨亮.浅议电力谐波对电能表电能计量的影响分析[J].中国新通信，2018，20（14）：235.

作者简介：王慧武 （1968-），男，工程硕士，高级工程师，主要研究方向为电力系统自动化，电能质量测试分析，电能计量。