电力系统谐波对电能计量的影响与分析

李强

摘要：针对我国电力系统在使用过程中电能产生和运行中普遍出现的电能谐波等问题，本文通过分析来探讨其中的重点。谐波对于电能计量的影响和作用，首先简单地分析电力谐波的原因和来源以及它们的危害性，并在此基础上重点课题研究利用电力驱动谐波对于利用电能谐波计量的驱动作用和电能影响反应机制，提出具体利用电能驱动谐波计量控制对策措施以及其中的各种电能计量方法。

前言：随着近年来我国现代电力事业的进步和飞速发展，电能计量已越来越深刻地直接影响和涉及电力行业市场上各种企业的社会和经济效益，而且随着现代化的电能计量工具和技术的进步和发展，已经逐渐出现许多更加科学严谨的电能计量工具和方法;另外，虽然目前对于电能进行计量的方式和手段很多，也较准确地实现对电能的计量，但不可避免的还是使得工程中会同时发生一些错误的测量和偏移，特别是现在的大功率传感器和负载的应用，增大传感器在电力互联网中的频率和谐波产生，而这些谐波对于电能的计量则具有明显的干扰作用和影响，因此如何正确地在这些谐波的影响下进行电能计量就成为当前我国电力公司要重点考虑的问题。

一、电力谐波的来源及其危害分析

（一）电力谐波的来源

在的通用电力系统中，产生这些自动谐波的主要原因、设备种类有很多，很难一次完全地能够集中发现概况全面，但是从理论分析和研究总结现场技术实践应用角度来看，能够准确发现这些产生谐波主要原因有以下几个主要因素：①大大小小的高压整流控制设备、逆向应变器控制设备、交流输电调压控制设备和直流变频器等;②直流变压器群;③较大的大型单相式自动电力和通用电子设备;④电力工业中所使用的火力电弧炉;⑤主要采用进行电气化的电力火车头;⑥采用静态电压补偿器控制装置及其中的饱和可控自动电抗器和自动饱和可控电抗器;⑦主要采用一些高新技术制造产品的电子元件，如静电敏感性高的电子和元器件。

（二）电力谐波的危害

1.产生附加损耗，增加设备温升

与基波电流损耗相比，虽然有效谐波铁磁电流所占的能量比重不大，但电气设备的有效铁磁电阻将由于电气集肤铁磁效应的直接影响而逐渐明显增大，在一些具有多个铁磁中心的大型电气设备中，铁磁和锌磁直流的损耗和涡流损耗将逐渐明显增大，使电气设备的温升程度也会随之逐渐增加，特别是设备局部或极端具有发热条件地区的温升程度更有可能会随之增加得更多，使电气设备的金属绝缘材料层运动加速从而发生脆性老化。另一方面，当线路电压波动畸变的两个波形同时产生或者同时出现电路尖顶的纹波时，还可能会直接增大电路局部电流放电的振动强度，从而大大减少输电绝缘的使用寿命，进而大大延长输电设备的正常工作使用寿命。

2.可能引起电机的机械振动

由于电机谐波共振电流和整个电机在运行中旋转磁场相互作用所致而产生的自由脉动转矩很大而有概率可能会直接导致振动使得整个电机的在运行中局部发生自由振动，当整个电机处于机械系统运行中的一定程度自然振动频率因为电机受到以上转矩的直接刺激而有很大的概率可能间接导致振动引起整个电机的谐波共振时，就可能会直接导致引起整个电机的脉动转子产生过热，局部产生有效的过电压，容易直接引起造成整个电机的一定相当程度具有机械性质的振动，损坏整个电机的机械设备，危害您的人身安全。

二、电力功率谐波在电能测量中的影响和其抑制性探讨

（一）电力功率谐波对输出电能的计量影响机制分析

首先，根据有功功率的表达式可以得到，只有相等于同次谐波的电压、电流才能构成相等于谐波的功率。例如，当输出的电压值为正弦，只有一个电流包括一个谐波的分量，不应该说明它存在一个谐波的功率，但是通过的研究结果表明，这种情况下对于感应式电能仪表的计量也会产生一定的误差。

（二）电力谐波下的电能计量模式探讨

增设高压换流器的相关参数。换流器控制装置通常是直流供电电路系统中最主要的电流谐波信号来源之一。理论的数据分析实验结果表明，当重新增加一个换流器的各个脉动谐波次数，换流器谐波通过其中的一个交流侧和直流侧所脉动产生的各种特点波和谐波脉动次数就已经能够有效地用来清除一些幅值相对较高或者比较小的低频项，这样就有机会能够大大降低脉动谐波器的输出值和电流的有效谐波值。

无源信号滤波和有源信号滤波方法。为尽量减少控制谐波对民用供电电气系统的直接影响，要如何从根本上切实有效实现对各类民用电气设备的安全进行保护，最根本的控制措施就是从通过控制确定谐波发射产生的电流源头位置开始，设法在已经控制好的谐波源附近尽量注意防止控制谐波产生电流的向外发射，从而有效地减少降低控制谐波的产生电压。防止这些谐波对有源电流造成危害的控制措施主要方式有：一是被动性的谐波防御，即在已经关断发射或输出来的谐波或者其他电流的一定条件下，采用一种基于传统性的无源电流滤波的控制技术（由一组传统无源元件：电容、电抗器和另外一组传统无源谐波电阻元件组成的有源调谐电流滤波器）以有效减轻这些谐波对于各种电气设备的电路损坏造成危害;主动性地预防这些谐波或者电流的直接产生，即有源电流滤波控制方法，其中该技术的一个基本原理就是通过控制利用已经关断的直流电力或者其他各种电子元件所需的能够直接产生的与整个负载谐波电流中所有谐波或者电流相同分量的频率大小不同、相位不同或者方向相反的谐波信号形式来有效地防止消除这些谐波。

结束语：针对当前我国各种现代类型电力系统正常运行的全过程及其中的各种电能谐波和主要影响，本文从各种电能谐波对我国电能电流计量的主要物理影响和机制作用以及机制两个角度进行入手，详细地深入分析各种电能谐波对我国电能电流计量的主要物理影響和机制作用，并在这一基本理论的基础上我还着重提出探讨如何通过计量避免各种类型电力系统谐波的主要影响而正确、科学地正确实施各种类型电能谐波计量。

参考文献：

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