電力諧波對電能計量的影響

張鑫　張帆　楊明濤

摘 要：實際生活中，諧波產生的原因，總結起來，如以下幾點：發(fā)電源頭質量低下，輸配電系統(tǒng)自電力變壓器在實際運行中不可避免地產生，最多的諧波來自于晶閘管可控硅整流設備的泛用，這種可控的導電開關深入普通人民的生活中。產生的原因復雜多變，這也是其難以治理的根本原因。

關鍵詞：電力諧波;電能計量;影響

前言

電力系統(tǒng)中的諧波分量過大將造成諸多危害：①使電能利用率降低，電力系統(tǒng)設備產生附加能耗，同時增加了電氣應力，影響設備安全穩(wěn)定運行;②大量分布式電源在公共連接點集中被接入，可能放大電網的諧波振蕩;③在柔性直流輸電運行過程中，直流場持續(xù)的諧波擾動可能引發(fā)一系列不穩(wěn)定現(xiàn)象，從而影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行;④諧波還可能使得保護誤動作，測量裝置產生誤差，甚至可能會對通信線路產生干擾，影響通信效果。

1 諧波對電能計量的影響概述

電能計量是整個電網經濟整個工程的基底，其精度關系到政府與人民，或者說供需兩方的利益，牽扯的利害關系眾多。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，國家電網污染日趨嚴重，電能表是否真實地反映非線性用戶的用電量這是一個比較緊要的課題。具體來看，首當其沖的影響就是電能計量的準確度，家用的一般都是單相表，國家電網公司和南網電網公司的要求一般都是2級單相表，2級的意思是誤差不超過2%，也就是說一戶人家走100度電，只要電表計量在98-102之間都是沒什么問題的。隨著電力系統(tǒng)諧波含量的不斷增加，電子式電能表在諧波下的計量不可避免地出現(xiàn)誤差，也就是我們常常提到的兩個概念：頻譜泄漏是沒有截取整數(shù)倍周期信號造成的，這時候頻譜會受到截斷窗頻譜的卷積，可以類比為通過了一個信道，其沖激響應導致頻譜尖峰模糊不清，頻譜泄露就是分析結果中，出現(xiàn)了本來沒有的頻率分量。解決方案是要么增加數(shù)據(jù)量，要么提供先驗信息柵欄效應只能看到一些頻率點上的值，但不一定是真實的信號頻率值。此外，感應式電能表，即傳統(tǒng)的機械表，利用電磁感應原理將電壓，電流和相位轉換為磁矩，并推動鋁盤旋轉，盤（蝸桿）的軸驅動齒輪傳動表的鼓，轉動車輪和旋轉的過程是累積時間量的過程，這也在我國在中西部地區(qū)得到廣泛的使用。在生活中，一些比較明顯的影響比如：加速電力變壓器老化，變相地縮短了變壓器的使用壽命使用時長;斷路器過載，由于諧波電流在導體表面流動，引起導體發(fā)熱，使開關的容量實際降低，造成經常性莫名地跳閘;還有就是對變電所的繼電保護產生干擾，造成局部停電事故，這個發(fā)生的頻率降低，相關部門有一定的防護措施;干擾通訊影響通訊網絡通訊系統(tǒng)，當下網民數(shù)量攀升，使用頻率高，諧波的存在極其容易造成網絡波動，最后就是一些常用的的家庭電器。

2 關于消除諧波的不利影響的幾點建議

首先，根據(jù)國際電機工程協(xié)會非正弦工作組的推存，建議對有電壓或電流波形畸變的用戶采用原理先進的數(shù)字電能表計量;根據(jù)其實際測試情況可采取裝設濾波裝置等其他對應的措施，保證諧波含量降到最低的標準，減少諧波對電能計量的影響減輕諧波對家用電氣設施的損害。

其次，利用諧波電表，理論上來講，它能夠專門對諧波進行準確的計量，我國的諧波電表還處在試用初入電網的階段，相比國際上的同類產品，還有著階段性的差距，不僅涉及到電能計量，同時也與諧波功率因數(shù)計算技術相關，此項目尚在起步階段，如若有所成就，必定能對諧波污染的治理有巨大的推進作用。

最后則是推進風電光伏發(fā)電等清潔能源項目，電網污染嚴重且并非一日之功，在深度治理的措施下也要拓寬思路，打開新的治理方法，以上方法避免了線性用戶因被多計諧波電能而遭受經濟損失同時避免了非線性用戶計量負的諧波電能從而讓人民少承擔部分電費，達到最終的目的。

3 諧波檢測的發(fā)展趨勢與展望

3.1 發(fā)展趨勢

盡管傳統(tǒng)的諧波檢測理論已經趨于完善，但隨著實際應用的不斷深入，各種算法的缺陷不斷暴露出來，傳統(tǒng)的單一檢測方法已經無法適應日益復雜的諧波檢測要求，在原有算法的基礎上引入新方法，對某些計算過程實現(xiàn)優(yōu)化，或者利用幾種方法相互配合來克服單一檢測算法的缺陷，是諧波檢測領域的發(fā)展趨勢。另外，隨著大量分布式能源的接入以及高壓直流輸電的大量投入，電網的安全穩(wěn)定運行對諧波檢測的實時性提出了更高的要求，采用圖形處理器（graphicprocessingunit，GPU）實現(xiàn)在線實時分析、處理也是將來諧波檢測的發(fā)展趨勢之一。最后，超諧波引發(fā)的電能質量問題也逐漸受到了人們的重視，由于超諧波的頻率非常高（2～150kHz），所以對于采樣數(shù)據(jù)的存儲、分析以及壓縮采樣技術提出了很高的要求，同時在測量分析方法上還未實現(xiàn)統(tǒng)一，導致性能評價標準存在著差異。可以預見，超諧波檢測問題將成為電能質量關注的新焦點。

3.2 展望

對于諧波檢測領域，提出以下幾點展望：

1）提出更多新方法、新理論，進一步提高諧波檢測精度、實時性、抗噪能力，降低算法復雜度等系列性能指標。

2）針對不同場景下的不同諧波特性，提出與之相適應的檢測算法，為諧波的治理和抑制提供方向。

比如，電氣化鐵路（基波能量大、其余各次諧波能量低，波動性大）、工業(yè)電弧爐負載（含低次諧波和大量間諧波）、配電網系統(tǒng)（用戶負荷多樣性）、新能源并網（要求在風電場、分布式光伏不脫網情形下單獨檢測產生的諧波）、柔性直流輸電直流側諧波（直流分量疊加交流分量）、超諧波（諧波頻率很高）等。

3）提高諧波的在線監(jiān)測能力，構建諧波綜合測控系統(tǒng)，將諧波的檢測、分析、監(jiān)測、告警、抑制等功能集成在一起，形成一體化、智能化的諧波綜合測控系統(tǒng)。

結束語

諧波是實時出現(xiàn)的，并且產生原因和很多因素有關，如和電源質量、用電設備本身的狀態(tài)的微小改變等等。使用的濾波設備本身的精度限制，也不可能將諧波無誤差的測量出來，所以治理諧波的工程還是需要期待于現(xiàn)代科技的進一步發(fā)展。

參考文獻

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