电能计量中谐波对计量结果的影响及防范

王超

摘要：高电压系统通过提高流变的精度和电度表计的精度可以提高计量的准确性，而电网中的谐波的存在是干扰电能计量结果的重要因素，在大容量的发电企业更加严重，年发电量上十亿度的电厂，动则误差百万度电，相当于近百万元经济效益。针对这一问题，我们采用仿真实验和理论研究相结合的方法，对谐波在电能计量中的影响进行分析，并针对分析结果提出具体的防范措施。能够保证电力系统的运行和经济效益保持稳定高效增长。

关键词：谐波;剂量结果;影响与对策

1、谐波对电能计量的影响

对于谐波源用户来说，智能电能表的读数是用基波电能减掉谐波电能后显示的标准的计量结果。在按照标准正弦波设计的电能表正常工作状态下，谐波源污染的电网用户有时却少交了电费，而安装了基波电能的基础上再加上谐波电能的电网用户，不仅设备容易收到损害，电费也计量的不够准确。经过总结，在谐波环境下，电能计量存在主要问题包括：

1.1供电系统中的输变电设备吸收了大部分的谐波功率，造成了供电设备寿命的缩短，增加了供电成本，还带来了电量不平衡、高损耗的结果。

1.2谐波电能损坏了供电系统中的线性负载，增加了线性负载用户的费用负担。但是非线性负载用户却由于谐波的较少注入而减少了电费。这说明谐波对于传统和职能电能计量方式的影响造成了管理上的不合理。

1.3目前各种用户的电能计费因素对电力设备传输、线损、设备的消耗等等都有很大的影响。甚至给供电企业和用户带来巨大的经济损失。

2、谐波对有功电能表计量的影响

利用数学模型对感应式电能表的基波电能和谐波电能的累加后，得到多个频率响应曲线，表明在谐波电压和电流相角发生变化时，电能表对基波拉过和谐波的读数与同时计量的基波和谐波的读数不一致。例如电流大小不变，当谐波次数较高，智能式电能表的谐波电能臂谐波电压相位大。

智能式有功电能表的设计为保证在工频的频带范围内，保持正弦波形的最佳工作性能。可以通过误差补偿来进行电网电压和电流的波形畸变。当基波功率叠加到单一谐波功率时，电能表显示的误差收到基薄和谐波功率的影响，相同的时候为正，不同的时候为负。不论是理论分析还是实验结果都表明，电能表计量的电能量的大小取决于基波占有的比例、谐波的阶次高地以及电能表负载的程度等。

3、谐波对电能计量结果的影响

通过对谐波污染较为严重的用电客户的调研和分析，根据现场收集到的资料，使用实时数字仿真系统进行模拟实验，得到的谐波情况，使用模拟系统将智能式电能表和电子式电能表的电能计量加以分析和计算，得到的实验结果为：

3.1电能表的频率特性收到谐波的影响较多，尤其是对计量结果的影响。这表明嗲能表的运行的是否稳定，取决于它在谐波功率下對电能计算误差的大小。在实践中我们发现，感应式电能表接入电路后，在谐波的运行状态下，只要电能表发生了频率上的变化，电能结果必然出现误差。造成这种误差的原因，主要是由于电能表的频率收到非纯电阻的转盘的感抗分量的影响，引起阻抗的改变，从而改变了电能表的转速，使得计量结果出现误差。再就是电流线圈当中的驱动力矩发生了变化，导致电能表的转速发生了改变，从而产生了计量结果的误差。还有就是电压线圈磁通量的变化是随着频率的改变而发生驱动力矩的改变的，这种改变也会导致电能表的计量结果出现误差。

3.2对感应式电能表的电流进行新号检测中，我们发现，谐波状态下的信号电流发生畸变的程度是受到电流和电压的波形变化的影响的。当电流和电压的波形新号于正弦波形发生了较大距离的畸变后，根据谐波功率计算出的计量结果，误差是在允许的范围内的。

4、谐波对无功电能表计量的影响

无功的传输可以降低发电机和变压器的有功传送能力，同时增加线路的损耗，而谐波加剧了这种影响。无功电能表的计量是通过对输入电压和电流的移相实现跨相接线和电压回路的串接。在谐波环境下，正弦的感应式无功电能表的电压、电流回路的阻抗变化会出现较小的相位变化。到余弦感应式无功电能表的不正确移相。与有功的计量相比，电子式电能表通过电压延时计量的方法，在谐波环境下，实现了正确的移相。以试验为例，设备包括谐波功率发生器、多功能电力分析仪、无功电能表、波形记录仪等。

利用波形记录仪对无功电能表进行脉冲输出后，记录下电压源和电阻的无功功率，计算出测量的精度、频率的范围。实验结果表明，感应式无功电能表计量的无功功率增幅随着频率的增加而发生了下降。在谐波无功功率增幅较大的时候，电子无功电能表的增幅却发生了下降，这是相位误差以及常用余弦感应式电能表对谐波无功计量的误差最大为三倍，电子电能表对谐波无功的计量绝对误差为两倍。因此在谐波环境下的无功计量存在很大缺陷，建议在污染较为严重的地区应使用基波和谐波无功分别计量的无功电能表进行电能的计量。

5、对谐波影响的防范措施

综合各种因素，在计量基波的计量方式的基础上提出了一种带加权系数的、对基波电能及谐波电能分别计量的改进的电能计量方式，该计量方式能有效防范谐波对电能计量结果的影响。具体的计量公式如下：

分析结果说明，采用基波计量的方式，采用电子式电能表的计量误差会比较大。分别采用改进的基薄电能和谐波计量方式，也许是对电能计量结果影响最小的有效的防范谐波的措施。具体的改进的实际操作中，可以针对谐波能量和基波能量的计量成本进行核算后，提出新的电能计量方式，在谐波污染较为严重的供电系统，如大中型用电客户中，设计出能够便于测量而且保证计量方法较为准确的谐波和基波分别计量的方式，对于最终测量结果的科学性和精确性十分有效。今后随着电子技术的发展，相信新的计量方式还会更加完善。

结语

根据谐波对电能计算结果的影响的分析，我们知道了谐波对电能计量的准确性的影响是十分巨大的。要实现电力的市场化运行，采取有效的防范措施，改进电能计量方式，就要采取技术手段干预谐波条件下的电能计量方式。并且还要控制谐波污染严重的问题。通过采取合理的改进措施改善电网的运行环境，获得更好的市场和经济效益。

参考文献

[1]赵伟，彭宏亮，孙卫明等.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.

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