谐波对电力计量的影响及解决措施

谐波对电力计量的影响及解决措施

曹志强肖猛士

曹志强肖猛士

国网新疆电力有限公司电力科学研究院新疆乌鲁木齐830000

摘要：随着我国综合实力的不断增强，电力在我国的现代化建设过程中发挥着越来越重要的作用，保证电力工作实现长远平稳的发展是所有电力工作者的最大心愿，因此各电力公司采取相应的措施来保证电力体系的更加完善。谐波会对电力计量产生重大的影响，占据着十分重要的位置，随着科学技术的不断改进，电力计量的方法与设备也愈加规范、科学。本文基于实践工作的经验，对谐波给电力计量带来的影响和解决措施进行了有效的分析和思考，并提出了相应的问题与解决方措施。通过与各位进行分享，希望能够给广大的电力工作者提供一些帮助和指导，以此来促进我国电力事业的完善和发展。

关键词：电力谐波；电能计量；电能表

引言：在现代社会中，电能与我们的生活息息相关，小到家庭、大到国家，都离不开电这种能源。为了准确衡量出发电企业与用供电企业之间交换的电量情况，以及供电企业与用户之间的消费电能量的少，需要在安装准确的电能计量装置。然而在电能计量方面，由于受多种因素的影响，使得计量结果不够准确，直接影响了发电和供电企业以及用户之间的经济利益，其中谐波对电力计量的影响十分突出，因此探究谐波对电力计量的影响就具有十分重要的现实意义，需要相关的电力工作者保持必要的关注[1]。

1、谐波产生的原因

在当前的情况下，电力系统中产生谐波的原因可以概括为以下三个方面，分别是：

1.1发电源质量不高产生的谐波

现如今的阶段，基于制造工艺所带来的限制，使得发电机三相绕组的绝对对称是很难做到的，在这种情况下，就会在某种程度上导致谐波的产生。

1.2在输配电系统中也会产生一定量的谐波

由于磁化曲线的非线性，变压器铁心的饱和以及在设计变压器时过度重视经济效益，大多数工作磁密都在磁化曲线的近饱和段上，使得磁化电流的波形成尖顶形，产生奇次谐波，并且随着铁心的饱和程度的提升，变压器工作点离线性越来越远，因此产生的谐波电流也就越来越大。

1.3由于大量晶闸管设备的应用，产生了大量的谐波

随着晶闸管得到了广泛的应用，例如：开关电源、电力机车、充电装置等许多地方都应用了晶闸管，产生了大量的谐波。由于大多数整流装置均为单相整流电路，因此在接感性负载会含有一定量的奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可以达到整个基波的30%；在接容性负载时则会含有奇次谐波电压，谐波的含量还会随着电容值的增加而增加。根据国家相关数据表明，谐波源最大的来源就是整流装置所产生的谐波，其比例可以达到40%。

2、谐波对感应式电能表的影响

2.1感应式电能表的频率特性

电能表的频率特性是研究波形畸变对电能表计量影响的重要依据[2]。为研究感应式电能表在高次谐波下的运行情况，首先考虑其频率特性。电能表接入电路后，当频率发生变化时产生附加误差，原因主要有以下几个方面:

第一，转盘并非是一个纯电阻，其中有感抗分量，当频率升高时，转盘的等效阻抗及其阻抗角随频率的升高而增大，使电能表的转速变慢;

第二，电流线圈磁通量随着频率的增加而减小，磁通的减小，导致驱动力矩减小，使电能表转速变慢，产生负误差;

第三，电压线圈磁通量随着频率的增加而减小，使驱动力矩减小，电能表的误差向负方向变化;

第四，负荷的补偿力矩与频率成反比，当频率升高时，补偿力矩减小，使电能表产生负误差，并且这种影响的大小随着负载大小的不同而不同，负载电流愈小影响愈大。

虽然由于电流和电压工作磁通的减小也将带来制动力矩的减小，使电能表的误差向正的方向变化。但当频率偏离工频较远时，上述因素将占主导地位，故总的看起来当频率增高时，电能表将产生负误差。

2.2谐波情况下感应式电能表的计量误差

感应式电能表是在工频附近很窄的频带范围内设计的，它只能计量基波电能和一定频率范围内的谐波电能，这样线性负载时电能计量的功率大于基波功率，为基波功率和谐波功率的和;而非线性负载时电能计量的功率小于基波功率，为基波功率和谐波功率之差。谐波对电力系统和线性负载是有危害的。但这样的计量结果却使得线性负载的用户受到了谐波的危害，吸收了谐波功率，却多交了电费;非线性负载的用户作为谐波源，发出了谐波功率，却少交了电费。电力部门受谐波功率的影响，主要表现在电力系统吸收了部分非线性用户发出的谐波功率，并将其转化为线路损耗，少收取了用户的电费，同时又增大了线路损耗，使电力部门承受巨大的经济损失。

3、提高电能计量精度的措施

由于大量的非线性负载的使用造成了谐波的产生，而由于非线性用户的加入，在影响了电能计量精度的同时也对其他线性用户和电力系统造成了危害，所以我们可以通过下述两种方案来解决该问题：

第一，对电能表进行调整，不反应谐波功率，仅反映基波功率。

第二，分别对谐波以及基波的功率进行计量，并且按照种类表明功率的潮流方向。

通过方法一我们可以使电能表仅显示基波电能。忽略掉谐波功率。对于感应式的电能表，我们可以通过双频滤波、高通滤波以及单频调谐滤波等滤波线路对高次滤波进行过滤；而对于电子式的电能表，我们也可以通过安装低通滤波器来达到同样的目的。若按照该方案进行计费，对于那些非线性用户来说，虽然承担了全部的基波费用，但是与因产生谐波给电力系统造成的损失有很大差距；同时对于那些线性用户以及电力部门来说，虽然受到了少量的影响，但是通过计费方式避免了额外的损失。所以方案一由于计量方式合理，实施起来比较容易。

通过方案二我们可以配合使用工频基波电能表和宽频带功率电能表，在测量谐波潮流的方向和大小的同时还可以测出基波的功率大小。所以该方案不仅可以精确测量出谐波电能以及基波电能，并且由于测出了谐波潮流的方向以及大小，可以按照非线性负载用户的谐波功率给予一定的出发，作为线性用户和电力部门的补偿。虽然该计费方式合理，但是由于全部由非线性用户承担该责任，需要经济补偿，所以可操作性比较差，而且成本高昂。

通过上述两种方案的对比分析，我们可以按照不同的情况分别采取不同的计费方案。当非线性用户是大中型企业或个人时可采取第二种方案，通过经济处罚来弥补电力部门的利益并保证电网的可靠性，对于一般接受或者反送较小谐波功率的用户而言，可以采用方案一来控制成本。

4、结语

总而言之，在目前的情况下，伴随着我们国家电力行业水平的不断提升，对电力的研究程度也出现了显著的进步。基于我们国家对电力的巨大需求，电网中出现谐波电流对现有标准计量装置和自动计量装置产生了巨大的负面效应，一方面使得谐波污染呈现出大幅度增长的趋势，另一方面因谐波的出现还会造成不必要的电能消耗。尽管我们国家电力事业的发展虽然取得了显著的飞跃，但是依旧存在着极大的进步和发展的空间。现有计量方式受谐波影响造成一定的计量误差，因此，如何才能将这部分谐波电能准确的计量、精确地划分责任，以及减少谐波对计量电能准确性的影响，这些都是我们现在面临的急需解决的问题，也是推动我国电力事业的再次发展的不竭动力。

参考文献：

[1]宋俊寿，等．新型多功能三相电能质量监测管理系统[J]．电力系统自动化，2016，(4)：12-14．

[2]马晋龙．电子系统谐波对电视机、感应式电度表和通用电机的影响[J]．河北电力技术，2012，(4)：56-62．

[3]陈根永等．畸变波形作用下电能计量标准的探讨[J]．郑州工业大学学报，2013，(6)：4043．