關于諧波對電能計量影響分析

陳芳

摘 要：電能計量裝置是電力行業(yè)統(tǒng)計經(jīng)濟效益時的重要數(shù)據(jù)來源，而電力系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波會影響電能計量的準確性，導致統(tǒng)計結果的不準確，從而造成利益結算和管理決策上的失誤，最終降低電力行業(yè)的經(jīng)濟效益。因此，研究分析諧波對電能計量的影響具有現(xiàn)實意義。文章首先對諧波產(chǎn)生的原因和危害進行了分析，然后從計量方式和裝置兩方面闡述了諧波對電能計量的影響，最后針對性地提出了降低諧波影響的改進措施。

關鍵詞：諧波；電能計量；影響；改進措施

作為現(xiàn)代社會的重要能源，電能與工業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活聯(lián)系最為緊密，其質(zhì)量的好壞關系到整個社會的發(fā)展，電力系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波會影響電能的生產(chǎn)、輸送和使用等方面，造成電能效率的降低。而且諧波會引發(fā)串聯(lián)、并聯(lián)諧振，導致繼電器損害。電能計量裝置準確性降低，電力企業(yè)和用戶無法獲取真實用電信息，造成電能整體損耗量增加，影響最終的經(jīng)濟效益。因此，研究諧波對電能計量的影響，針對具體問題分析解決辦法，對于電力行業(yè)的發(fā)展意義重大。

1 諧波產(chǎn)生原因及危害

諧波產(chǎn)生的根源在于諧波電流源，傳統(tǒng)電網(wǎng)中諧波源為變壓器和發(fā)電機，現(xiàn)階段多為電網(wǎng)用電子元件設備。由于非線性電子設備中正弦電壓的使用，設備電流與電壓存在波動類型差異，電流波形發(fā)生變化，諧波聯(lián)通入電網(wǎng)中，形成諧波源。諧波對與電動機、變壓器及其他電子元器件的影響巨大，其具體危害如下：

（1）影響旋轉(zhuǎn)式電動機工作：由于旋轉(zhuǎn)式電動機基波頻率低于諧波頻率，在諧波入侵的情況下所引起的電動機渦流作用等，會導致電動機能耗的增加，同時造成鐵損等不良現(xiàn)象。（2）危害電力變壓器安全：變壓器正常工作時產(chǎn)生的諧波極小，對于儀器的正常運行無太大影響。但當變壓器啟動瞬間，其設備中的諧波瞬時量巨大，可能為額定電流的數(shù)倍，雖然持續(xù)時間較短，但過大的電流會降低設備使用壽命，甚至造成設備的損壞。（3）影響電力電容器工作：作為常用電子元器件，電容器由于結構的特殊性，極易受到諧波的影響。電容器設備運行主要依靠元件的充電、放電，該過程中諧波產(chǎn)生的可能性很大，影響電容器的正常工作。（4）干擾通信線路的使用：諧波對于通信線路的干擾主要表現(xiàn)在電磁感性、電氣傳導等現(xiàn)象中。在載波通信時，諧波混入通信線路，會影響通信聲音的清晰程度，影響通信質(zhì)量。

2 諧波對電能計量的影響

2.1 諧波對電能計量方式的影響

傳統(tǒng)電能計量工作中主要以全能量計量為標準，由于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的規(guī)模較小且相關技術不到位，產(chǎn)生的諧波電流量小，不足以影響到電能計量工作的準確性。因此傳統(tǒng)模式中采取全能量計量方式即可滿足電網(wǎng)計量方面的需求。然而，當今電力行業(yè)迅猛發(fā)展，電力技術日益更新，并且廣泛應用于電力、工業(yè)領域之中，電力系統(tǒng)的復雜性導致諧波產(chǎn)生幾率和幅度增大，從而對于電力系統(tǒng)各設備及線路造成了極大的隱患和影響，因此現(xiàn)階段電能計量過程中必須考慮到諧波的影響。傳統(tǒng)電能計量時包含了基波和諧波二者消耗的總電能，因此在當前復雜電網(wǎng)條件下局限性很大：（1）線性負荷時，供電基波非正弦波形，計量的電能表讀數(shù)為諧波和基波電能總和，導致計量示數(shù)過大，用戶承擔費用增加，同時諧波會影響相關電力設備的正常運行。（2）非線性負荷時，諧波的產(chǎn)生會導致部分電能回流至電網(wǎng)中，造成電能表計量示數(shù)的減小，這樣不僅使用戶應交費用減少，影響電力企業(yè)的經(jīng)濟效益，而且電能的回流會對電網(wǎng)造成持續(xù)損害，影響電網(wǎng)壽命。（3）當負載電源畸變情況發(fā)生時，會同時引發(fā)上述兩種情況，進一步影響電影能計量，危害電網(wǎng)。綜上所述，諧波的存在對于電能計量方式的影響很大，無論是損害用戶利益還是影響電力企業(yè)效益，都會影響電力行業(yè)的進步。因此必須改進全能量電能計量方式，充分考慮到諧波對其造成的不良影響，從技術和管理雙層面上進行調(diào)整，保證電能計量的準確性。

2.2 諧波對電能計量裝置的影響

2.2.1 感應式電能表?，F(xiàn)現(xiàn)階段我國絕大多數(shù)地區(qū)還是采用感應式電能表進行電能的計量。感應式電能表的設計依據(jù)為通過計量基波頻率來顯示電能使用情況，該裝置最大的特點在于靈敏度高。但是感應式電能表會受到諧波的影響而降低其計量的準確度。當電網(wǎng)內(nèi)電流、電壓正弦波形發(fā)生畸變時，其頻率特征會影響電能表的計量精度，當感應式電能表頻率響應曲線較陡時，電能計量誤差較大。只有當電流和電壓波形均為正弦波時，感應式電能表才能在這個狹窄工作頻率范圍內(nèi)達到最佳工作狀態(tài)，一旦畸變現(xiàn)象發(fā)生，電能表則無法準確計量，且諧波頻率幅度越大，電能計量誤差越大。因此，使用感應式電能表時，必須整體提升電能質(zhì)量，盡量保持正弦電流電壓狀態(tài)并在工作頻率附近運行，保證最佳的計量效果。

2.2.2 電子式電能表。電電子式電能表以數(shù)字功率表為基礎，結構方面大致由輸入級、分頻計數(shù)、乘法器和V/f四部分組成，其特點在于該電能表功能齊全，具有較高的準確度且用法簡便，必將成為將來電網(wǎng)發(fā)展中的主要計量裝置。電子式電能表各部分作用相輔相成，融為一體。輸入級承擔著電壓電流轉(zhuǎn)換的功能，其利用電壓電流互感器將電網(wǎng)內(nèi)信號轉(zhuǎn)化為便于計量的小型信號，并將信號傳遞至乘法器；而乘法器接收信號后，將模擬信號轉(zhuǎn)化為乘積形式，然后輸送至V/f部分，經(jīng)轉(zhuǎn)化電路變?yōu)槊}沖數(shù)字信號，最后進行計數(shù)，完成電能的測量。相比感應式電能表，電子式電能表的優(yōu)勢在于頻率曲線的穩(wěn)定和衰減程度較弱，該類電能表對于諧波和基波響應基本相同，加上其寬頻帶特征，能夠精確計量基波電能和諧波電能。但是電子式電能表難以區(qū)分開諧波和基波，其進行電能計量時所得結果一般偏大。

3 降低諧波對電能計量影響措施

諧諧波對于電能計量的影響主要表現(xiàn)在電能計量方式和電能計量裝置兩方面，因此要降低諧波的影響程度就必須從這兩方面著手，改進計量方式和裝置，提高電能計量的準確性。

3.1 改進計量方式

現(xiàn)現(xiàn)階段電力行業(yè)系統(tǒng)中主要計量方式為全能量計量方式，這種方式存在較大的弊端，因此首先要對該計量方式進行改進，應采取對基波電能和用戶吸收、發(fā)出諧波電能分別計量的方式。這樣不僅考慮到了線性負荷時，諧波吸收電能造成用戶費用增加的現(xiàn)象，而且消除了非線性負荷時，諧波產(chǎn)出電能引起電力企業(yè)利益受損的現(xiàn)象，雙方面保障了電能計量結構的準確性，提升了用戶的信任度和電力行業(yè)的潛力。

3.2 改進計量裝置

目前絕大多數(shù)用戶的負荷屬非線性，改進計量裝置的關鍵在于消除諧波產(chǎn)生回流至電網(wǎng)內(nèi)部的電能，只有對該部分進行精確計量并加以處理才能夠達到準確計量電能的目的。為此，我們可以采取諧波源判定識別技術進行計量裝置的改進工作，通過仔細甄別檢測，找出諧波源加以抑制和監(jiān)管，準確計量用戶向電網(wǎng)發(fā)出的諧波功率，再進一步考慮影響因子，提高電能計量的準確性。而對于部分沖擊載荷，則需提高計量裝置的頻率局部應變能力，確保該情況下能如實反映用戶的電能消耗量。

4 結束語

在在電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡中，電能計量占據(jù)著重要地位，其精確程度直接影響發(fā)電方、供電方和用戶三者間的利益關系和交易的公平性。而目前我國部分地區(qū)的電力計量方式和裝置相對落后，無法有效預防和避免諧波對電能計量的影響，使得電力企業(yè)效益蒙受損失。因此電力行業(yè)必須針對諧波對于電能計量的具體影響，進行更為細致、更為有效地計量方式和裝置的改進和研究，只有如此，電力行業(yè)才能在電能計量方面得到強有力的支撐和推進。

參考文獻

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