淺析諧波對電能計量的影響及對策

摘 要：當下，人們對電能質量要求越來越高，電力用戶除了把電壓和頻率作為主要的關注對象，也更加注重供電系統(tǒng)的諧波。所以，研究諧波問題勢在必行，本文分析了電力諧波對電能計量的影響以及相應的研究方法，并對計量準確性的提升提出了一些方法。

關鍵詞：諧波 電能計量

中圖分類號：TM930 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（b）-0097-01

1 諧波與電能計量的聯(lián)系

諧波指的是一種周期性的正弦能量，其幅值比基波小，頻率是50Hz基波的整數(shù)倍。諧波功率通常是由非線性設備引起的，主要有兩種，一是有功功率，二是無功功率，本文只討論前者。諧波的有功功率來自用戶消耗，方向和基波功率相反。因此，在輸配電設備正常工作中，諧波有功功率常會引起故障產(chǎn)生，使其不能進行正常輸電發(fā)電。

1.1 諧波與電能計量的準確度

各設備產(chǎn)生諧波時，諧波會產(chǎn)生不利于電能計量的因素，所以，電能表在計量基波諧波時通常會出現(xiàn)一定的偏差。

當諧波功率發(fā)生作用時，電能表測試顯示的數(shù)值E'=C1E1+，

上式中，E1表示的是基波，Eh代表h次的諧波電能值，其符號可負可正，要根據(jù)實際潮流的具體方向做決定；C1、Ch依次代表電能表所反映與基波和h次諧波電能成比例的系數(shù)。

在電力系統(tǒng)中，電子式電能表和感應式電能表是最常用的。其中，感應式電能表多用于工頻波動較小的區(qū)域，如果電流與電壓一樣，都是正弦波，其性能才能得到充分的發(fā)揮。在平時運行中，由于多種原因影響，電流和電壓波形難免會發(fā)生偏離的情況，從而導致正弦有所改變，轉盤和電壓線圈的阻抗都會隨之發(fā)生相應的變化，從而帶動電壓工作磁通及相對應的電流磁通也產(chǎn)生變化，最終造成轉矩和平均功率成不了反比，以致于出現(xiàn)一些不必要的誤差，給計量結果帶來偏差。

測量用互感器在現(xiàn)實生活中較為常見，不管是對電壓的測量，還是對電流的測量，都要用到測量用互感器，通過其將所測結果進行轉換，變成弱電信號，傳輸至電能表，由此可見，如何對測量用互感器進行選擇萬分重要，其好壞直接關系著測量結果。還有一種情況，即畸變信號從測量用互感器流過時，如果互感器具備了非線性，則對不同的諧波成分進行轉換的比例也各不相同，從而導致被測信號產(chǎn)生相應的變化。在這種情況下，計量的精確度會大幅度降低，出現(xiàn)很大偏差。

1.2 諧波與電能計量的合理性

當前，大致有三種常用的電能計量方法：一，電能全計量方式，即電能表準確地反映實際功率，就是基波諧波的綜合功率，這也是國內的一種電能計量方式；二，基波電能方式，即電能表只反映基波功率，不計諧波功率；三，諧波電能方式，即電能表對基波功率和諧波功率分別進行計量。

以上三種計量方式中，第一種方式在我國比較普及，這導致在諧波作用下，電能計量的合理性與準確性不相協(xié)調。例如，在非線性系統(tǒng)中，受到損害的往往是線性用戶，不但被諧波功率干擾，還得支付所消耗電能的費用；與其不同，作為諧波的制造者，非線性用戶對部分基波電能進行吸收，并將其轉換成諧波輸入電網(wǎng)，這部分的費用重擔卻由線性用戶來承擔。存在著很大的缺陷，也必定會阻礙電網(wǎng)的安全運行，減少其經(jīng)濟收益。

2 提升計量準確性及合理性的途徑

2.1 提升計量的精確度

（1）電能表只能準確對基波功率做出反映，而完全不反應諧波功率，應選擇基波電能表。對于此計量方式，首先要考慮對出現(xiàn)的諧波進行濾除。濾除諧波，方法有二：對硬件，可利用高階低通式濾波器對正在進入電能表的高次諧波進行攔截，選擇合理的截止頻率，以便獲得比較理想的濾波特性，從而對諧波進行濾除，并將基波保留，使電能表只反映出基波電能；對軟件，可采用諧波算法對諧波進行提出，并保留基波。

對基波電能表而言，前一種方法運用的較多，此法計量合理，實施起來也較為容易。對線性用戶來說，雖然他們在諧波作用下，受了很大損失，但在計算電量費用時，主要是依據(jù)基波電量進行的，這就能夠減少一些不必要的損失。但是其中也存在不足之處，非線性用戶雖然承擔了基波電能的現(xiàn)金費用，但諧波造成的影響還包括其他許多方面，是遠遠彌補不了的。

基波電表在我國還在研制。以EDMI 2000系列的全電子基波電能表為例，它由澳大利亞的EDMI公司出品，只對50Hz的基波電能進行計量，對諧波在電能計量中產(chǎn)生的負面影響能夠予以消除，從而加強計量的公平性，使供電企業(yè)獲得最大經(jīng)濟效益；上海磁懸浮龍陽變電站和浦東變電站首先安裝了基波電能表，不但能夠測量奇次諧波電壓和諧波電流，還能測量諧波總量。ABB公司的ION 8300電能表，能夠對基波電量做出準確測量，同時還提供了3次和5次諧波電量，用來對磁懸浮變電站的濾波效果進行監(jiān)測考核。

（2）分別計量基波功率和諧波功率，并對功率潮流方向進行區(qū)分。開發(fā)新智能電表，此類電表以單片機為核心，采用頻譜分析的算法，另外，快速傅立葉算法（FFT）應用最為廣泛，加權插值FFT算法等，從理論上講，均可準確計量電能。蓋方法的計費比較合理，能分別算出基波諧波的有功功率，既完成了計量收費工作，又能反映諧波流向?？稍诮?jīng)濟上懲罰非線性用戶，彌補線性用戶的損失。其缺點是，成本比較高，不易實施。

2.2 提升計費的合理性

根據(jù)實際中出現(xiàn)的各種不合理現(xiàn)象，應作出相關規(guī)定，除了基本的電費，還需征收附加電費。重點是針對那些大型的非線性用戶，應參照其諧波電能注入電網(wǎng)的危害程度，給予相應的懲罰。

假設負荷消耗的基波電能E1與總電能E是已知的，則電網(wǎng)中負載帶來的諧波電能凈損耗Eh可表示為：

Eh=E-E1

當Eh>0時，說明負載具有非線性；當Eh<0時，負載不具有非線性，屬于線性負載。

向用戶征收的電費Fh可表示為：

Fh=D1×E1+DH×Eh

上式中，D1表示的是基波電能的電費價格；DH表示的是對非線性用戶的罰款。

采用此方法，能有效緩解出現(xiàn)的不公平不合理現(xiàn)象，對非線性用戶的行為，處于一定的經(jīng)濟罰款，在一定程度上能夠改進對諧波的治理，是電網(wǎng)電能質量有所提升。

3 結語

本文分析了諧波對電能計量的影響，并給出了一些解決方法。不論采用數(shù)學模型，還是實驗法，都是為了對諧波在計量電能中產(chǎn)生的影響進行分析。而新電費計算方法或者新計量方法，均是為了減小諧波在電能計量中的負面影響。不過，這些方法大多都治標難治本，必須從根本上減少在這種影響，最佳途徑是盡可能地對諧波進行治理、抑制和消除，同時這也是今后的主要研究方向。

參考文獻

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