试论电力谐波对电能计量的影响和对策措施

试论电力谐波对电能计量的影响和对策措施

摘要：本文以电力谐波概念作为切入点，简要分析谐波对电能计量的影响，以及当下电能计量方式的弊端，最后提出减少谐波危害的有效措施。

关键字：电力谐波；电能计量；影响；对策措施

随着电力企业的发展，谐波对电网系统的危害越来越大，谐波污染成为了电力企业和用户亟待解决的问题。电能计量是衡量电力企业经济效益的依据，而谐波功率的大小以及方向对电能表的误差有着一定的影响。究其本质来看，无论是电力谐波还是电能计量的过程中，谐波功率也会属于其中部分，进而导致各个方面的经济利益受到影响。因此，研究电力谐波对电能计量的影响，对减少其危害性有着重要意义。

一、电力谐波的概念阐述

（一）电力谐波的定义

根据谐波概念的来源来看，其实质上是一个声学词汇，上世纪末才逐渐在电力领域当中出现。依据现行的相关国际标准来看，谐波其实就是单个周期量的正玄波分量，基波频率的整数倍就是其频率。而按照傅里叶级数对周期性非正弦波的分解计算来看，只要大于一个周期基波频率整数倍的分量就是谐波。另一方面，关于谐波的定义也伴随着其研究深入的开展更为广泛。其中，一旦与工频频率分量有差异可以被业界称之为电力谐波，故而，间谐波、分数谐波和次谐波等说法也就此出现。

一般来说，正玹电压都是供电系统交流电压和电流中最为理想的一种状态。其往往在两种非线性负载上施加。其中之一便是电感、电阻和电容等无源元件。而正玹电压呈现的是仙童频率的正玹波。但如果是非线性电路时，电流将变成非正弦波，电压也会因此变成非正弦电压。将非正弦电压通过傅里叶级数分解之后，会得出基波电流，一旦基波电流发生畸变就会产生谐波，因此，从某种意义上来说，谐波出现的原因是基波电流的畸变而引起。

（二）电力谐波的标准阐述

在电网系统中，无论是电网本身还是用电设备，都会因为谐波电压和电流受到影响，甚至产生严重的危害。就这种危害性问题的最佳处理方式无非是限制电网中的谐波电流流入，让其处于一种人工或者电脑可控的范围，进而保障电网进行供电的质量。眼下，世界各国针对电网谐波的限制标准都出台了相关标准，相关权威机构也制定了规定。

不同等级的电网，谐波水平往往也会有一定差异，而衡量其水平的因素主要有两个，即谐波电压含油率和总谐波畸变率。世界各国制定的谐波标准并没有太多的差异。我国谐波标准主要依据是《公用电网谐波》，其中≤1kv低压电网的谐波范围是 ， 中压电网的谐波范围在 ， 以上高压电网的谐波范围在 。

另一方面，公用电网由于其等级各不相同，电压畸变率的允许范围也会呈现差异。正常情况下，电压等级越高，谐波限制要求就会随之提升。并且，谐波电流中又可以分为偶次和奇次谐波，前者的限制要比后者严。

二、电能计量的弊端和电力谐波对其影响分析

（一）当下电能计量的弊端

电能表中计量的方式是通过全能量计算，就是计量基波电能与谐波电能的代数之和。电网的经济核算就是以电能计量为基础，而在电力系统中电能计量存在的问题亟待解决。如果负荷是线性，但是供电是非正弦，电能表就会将基波电能和一些谐波电能一起计量。其中，谐波不但危害到设备的安全，同时也增加了用户的用电费用。而一旦负荷是非线性，此时非线性负载就会形成谐波工程和电能，其中一部分还会倒流进电网系统，那么电能表计量的就是基波电能与流入系统谐波电能的差值。这样情况之下容易形成谐波污染，虽然用户的电费会减少，但是供电企业的经济却会受到损害。如果电源畸变以及负荷都是非线性，那么出现较为复杂的情况，电网中的基波电能和谐波电能都会被负荷吸收，与此同时，谐波电流还会流入电网，对用户和供电企业都具有一定的损害。

三、电力谐波对电能计量的影响

目前电能计量主要有感应式电能表和电子式电能表两种装置，因为设计的不同，谐波对两种装置也有着不同的影响。

感应式电能表根据基波的情况来设计的，当负载电流和电压不变，而频率发

生改变时，电压线圈的阻抗也会发生变化。因此电压工作的磁通也随着改变，同时转盘的阻抗也有所改变，相应的电流磁通就必然会变化，进而引起感应式电能表内部装置的损耗产生一系列的变化。比如驱动力矩、抑制力矩、补偿力矩和铁心损耗，最终出现电能计量误差。

与感应式电能表相似，就理论上而言，电子式电能表会根据不同被测信号的波形有着不同的响应，因此，响应的误差也就有所不同。就眼下正弦函数的正交性进行分析，一旦功能中电压信号和电流信号中任何一个出现畸变都会凭借不同的畸变程度使得电子式电能表的计量工作产生误差，但是误差往往不会太大。另一方面，一旦电网中电压和电流的畸变产生，电子式电能表凭借其较宽的频带还是能够保障谐波功率的精确计量。换言之，电子式电能表针对基波功率和谐波功率的响应各不相同。

四、应对电力谐波对电能计量影响的对策措施

4.1谐波的管理措施

除了从技术的角度来解决谐波影响，还需要辅之以人为的管理措施。首先，电力部分就需要对认识到谐波对电网的危害，并完善管理体系，培养专门的管理人才。其次，电力主管部门还要对管辖区内的电网系统进行仔细的分析，采用先进技术进行测量，从而明确谐波产生的源头和原因。如果谐波范围较大，就需要建立长期观察点和数据的收集工作的开展，以此作为依据评估用电设备的谐波污染是否超出标准。第三，电力企业还需要大力宣传谐波污染的危害性，让用户认识到谐波的治理不仅只是电力企业的工作。同时，这也是电力用户的责任，减少谐波对电网的污染，才能提高电能的质量。进而才能呈现电力企业和用户共赢的效果，且双方都会获得较大的经济利益。

（二）改变基波电能的计量方式

针对线性用户以及非线性用户采用基波电能计量的电能表只会反映基波的有功功能。并且，对于线性用户，电能表显示的数值比基波有功能大，非线性用户则与之相反，显然这对电力企业以及线性用户是不利的。虽然这种计量方式可以减少线性用户承担多余的谐波有功电费，但是从另一方面来说，采用这种计量方式，非线性用户产生了谐波污染，结果却只是承担了基波有功电费，而没有因为污染受到经济的惩罚。但如果是在谐波环境下装置电能表，可以在设备中安装回路滤波器，改变计量方式，仅仅计量基波电能。

（三）加强技术改进

目前，为了改进电能表的计量方式，提出了一种新型的计量收费方式，即带加权系数的谐波有功电能计量方式。这种计量方式不仅能补偿因为谐波受到危害的线性用户，还能合理地处罚发出谐波电能的非线性用户，有效地实现了利用经济手段削弱电网谐波污染。既可以准确的计量，也可以实现公平的计量，比较适合在谐波污染严重的电网系统。同时，因为目前国内许多电能表的生产厂商还没有能力生产拥有测量谐波电能的电能表，所以，需要以先进的计量原理为基础，改进传统的电能计量表。

谐波电能表可以改进原有多功能电能表，然后结合电子技术，利用软件功能开发电子更为先进的电子电能表。以便于对谐波进行监测和管理，借此实现同步采样和误差补偿的算法等，可以真正地解决谐波对电能计量的影响。

结束语：

电力谐波的实质就是基波电流的畸变而引起，电网系统和用电设备都会因其受到影响，许多国家为了防止谐波的危害，也制定出现相应的标准。电能表作为电力企业经济效益的依据，谐波的存在直接影响了企业的经济利益，而目前采用的全能量计算方式并不能有效地解决谐波对电能表的影响。针对这样的情况，电力企业就需要通过管理和技术措施来减少谐波的危害，促进自身经营管理的有效性提升。

参考文献

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[2]许仪勋.谐波对电能计量的影响与对策[D].上海交通大学，2008.

[3]刘座铭等.电力谐波对电能计量的影响及治理措施[J].吉林电力，2013，（02）.