電力計量中諧波的影響及防范

舒世鈺 陳星

（國網(wǎng)青海省電力公司電力科學研究院，青海西寧 810003）

電力計量中諧波的影響及防范

舒世鈺 陳星

（國網(wǎng)青海省電力公司電力科學研究院，青海西寧 810003）

電能計量的精準性直接關(guān)系著電力企業(yè)工作效率及綜合效率的提高，但受諧波的影響，電能的采集及計量結(jié)果與真實數(shù)據(jù)會存在一定的偏差，因此，探究諧波對電能計量的影響以及針對影響進行有效性的防范對電力企業(yè)而言具有重要的意義。文章在簡要概述諧波對電力計量產(chǎn)生影響的基礎(chǔ)上，分析了電力計量過程中諧波防范的必要性，并提出了具體的防范措施，具有一定的實踐參考價值。

電力計量 諧波 電能表

電力計量的精準度與科學性直接影響著電能發(fā)、供、用三方的經(jīng)濟效益及交易公平性，如何提高電力計量精準度是一個值得深入研究的課題。電力計量裝置主要有互感器、電能表、二次回路等組成，其中電能表的精準度直接決定著電能數(shù)據(jù)綜合誤差的大小。因此，對電能表計量精準程度的研究是電力計量研究的主要切入點。目前普通應(yīng)用于電力系統(tǒng)的電能表主要有感應(yīng)式計量表和電子式電能表兩種，筆者主要基于諧波對電能表計量的影響，提出電力計量諧波防范的必要性及具體的策略。

1　諧波對電力計量的影響

諧波對電力計量的影響主要表現(xiàn)于對電能表計量的影響，諧波影響下的基波電能與諧波電能的大小將影響電能表的準確性。

1.1諧波對感應(yīng)式電能表的影響

感應(yīng)式電能表的最佳工作頻率為電網(wǎng)額定頻率，而且電壓、電流的波形必須為正弦波形，如果電壓、電流出現(xiàn)波形畸變，就會影響電能表的精確度。在基波電流與基波電壓保持不變的情況下，電壓與電流中含有諧波分量，會使電能表電壓線圈的阻抗以及轉(zhuǎn)盤阻抗發(fā)生變化，影響電壓、電流的工作磁通，進而影響到電能表的測量精度。在感應(yīng)式電能表中含有鐵心，具有非線性的特性，電壓、電流波形的畸變會使鐵心出現(xiàn)飽和，磁通不能呈現(xiàn)線性變化。由于同頻率的電壓、電流才能產(chǎn)生有效的功率，而且同頻率的電壓、電流的磁通才能產(chǎn)生有效轉(zhuǎn)矩，在波形畸變的影響下，功率與轉(zhuǎn)矩不成比例產(chǎn)生誤差。

1.2諧波對電子式電能表的影響

電子式電能表在測量不同的信號時有不同的響應(yīng)，測量的誤差也不同。相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，當測量信號的電壓、電流分量中，其中一個信號含有諧波出現(xiàn)畸變時，電子式電能表會出現(xiàn)測量誤差，而且誤差的大小與畸變程度呈正比。但從整體表現(xiàn)效果來看，目前使用的電子式電能表比較于感應(yīng)式而言誤差還是要小很多，因此，為了保證電力計量的準確，應(yīng)優(yōu)先選用電子式電能表。

2　電力計量諧波防范的具體措施

電力的精準測算不僅關(guān)系著供電方及用戶的實際利益，還涉及了多個電力技術(shù)指標，直接影響著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，因此，需要采取各項措施對電力計量過程中的諧波加以防范和治理。

2.1預(yù)防性措施

為了避免諧波對電力計量產(chǎn)生影響，首先應(yīng)減少注入電網(wǎng)的諧波，采取預(yù)防性措施避免諧波源產(chǎn)生諧波，針對非線性負載，改變其工作方式，減少諧波的注入。（1）在發(fā)電機、變壓器以及電容器等供電設(shè)備的設(shè)計及制造過程中，通過一些措施減少諧波。例如，變壓器繞組的巧妙連接可消除3次及其整數(shù)倍的諧波。（2）通過整流器脈動數(shù)的增加或可控硅的應(yīng)用限制諧波源。諧波含量與脈動次數(shù)有關(guān)，當脈動數(shù)增加時，諧波含量與諧波次數(shù)成反比，次數(shù)較低、幅度較高的諧波消除后，電能質(zhì)量提高。（3）使用全控型元器件，利用PWM技術(shù)減少整流器在變流過程中的諧波。

預(yù)防性措施可以從源頭避免諧波對電力計量的影響，但此方法更適用于電子式電能計量裝置，相應(yīng)增加了一定的應(yīng)用成本，經(jīng)濟性較為欠缺。

2.2補償性措施

如上文所述，預(yù)防性措施在一定程度上會增加電力計量過程中諧波預(yù)防和治理的成本，適用條件會受到限制，因此，還需采用補償性的被動式預(yù)防措施，主要途徑是通過諧波源處就近安裝濾波器來減少諧波。從理論上來看，濾波器調(diào)諧到某頻率時，該濾波器的阻抗為0，所以將該次諧波全部吸收，但在實踐過程中根據(jù)條件及濾波裝置的不同，諧波消除效果會有所區(qū)別。濾波裝置主要分為無源濾波裝置、有源濾波裝置以及混合型濾波裝置，在實際應(yīng)用中需根據(jù)現(xiàn)場情況進行選擇。無源濾波器結(jié)構(gòu)較為簡單，成本也較低，對于部分次數(shù)的諧波吸收效果良好。不過無源濾波器對于偏離調(diào)諧點的諧波吸收效果不佳，并且在諧波電流過大時無源濾波器可能過載導致設(shè)備損害。另外，若電力系統(tǒng)阻抗和頻率變化，可能導致產(chǎn)生諧振。因此，隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，濾波器也在進步，在無源濾波器不能滿足電能質(zhì)量要求時，目前多采用有源電力濾波器來預(yù)防諧波。與無源濾波器被動抑制諧波有所區(qū)別，有源濾波器主要采用主動輸出補償電流來抑制諧波，這使得有源濾波器具有諸多優(yōu)點，例如使用靈活，能夠?qū)Ω鞔沃C波包括指定次數(shù)的諧波進行補償；補償速度快，對于幅值以及頻率都在變化的諧波也能夠補償，并且補償效果與電網(wǎng)的阻抗、頻率無關(guān)；在電網(wǎng)諧波較大時，依然能夠工作在額定容量內(nèi)。

2.3管理性措施

對于電力計量過程中，除了采用以上預(yù)防性及補償性的技術(shù)措施，還需要加強諧波預(yù)防及治理的管理。

（1）充分認識諧波對電力計量的影響，建立健全諧波管理體系，組織專業(yè)管理隊伍進行諧波的預(yù)防與治理。

（2）加強電力計量過程中諧波預(yù)防相關(guān)標準及相應(yīng)規(guī)范的宣貫工作，要充分認識到諧波的預(yù)防與治理不只是供電企業(yè)的責任，而是電力企業(yè)和用戶的共同責任，減少電網(wǎng)污染，提高電能質(zhì)量對雙方都有較大的潛在利益，是一項互惠互利、節(jié)能增效，保證電網(wǎng)和設(shè)備安全穩(wěn)定運行的舉措。

（3）對所轄電網(wǎng)進行系統(tǒng)分析，正確測量，以確定諧波源位置和產(chǎn)生的原因，為諧波治理準備充分的原始資料。對于產(chǎn)生諧波較大的地方，可設(shè)置長期觀察點，收集可靠的數(shù)據(jù)，評估電力用戶的用電設(shè)備是否產(chǎn)生了超標的諧波污染。

（4）嚴格新建、擴建、改建的報裝審批手續(xù)，對新上用戶設(shè)備的負荷特性進行嚴格審查，非線性負荷用電設(shè)備接入電網(wǎng)前要進行電能質(zhì)量評估，試運行期間要進行電能質(zhì)量實測，如實測超標，則不允許其并網(wǎng)運行。

（5）已投產(chǎn)用戶遺留的諧波污染問題，按照“誰污染、誰治理”的原則進行處理，在大容量非線性用戶入網(wǎng)側(cè)加裝諧波監(jiān)測裝置，對不履行供用電協(xié)議的用戶可停止供電，對電網(wǎng)及其他用戶造成電能質(zhì)量不合格的諧波源由用戶負責賠償。

3　結(jié)語

從文章的分析可以看出，諧波對電力計量中的影響是非常明顯的，然而諧波的預(yù)防及治理又是一個系統(tǒng)性、綜合性的過程，需要根據(jù)實際情況基于技術(shù)的經(jīng)濟性、可行性及有效性考慮，選擇合適的諧波預(yù)防及治理方案。

［1］吳培錦.淺析諧波對電能質(zhì)量的危害及其治理措施［J］.機電信息，2015，（24）.