摘要：电能方面的计量装置，一般适用于计量供电企业销售电能、用户所消耗的电能实际数量进行统计，属供电、用电两方经济结算的主要体现，本文对谐波背景下，电能计量系统计量方面的误差进行研究，进而达到降低误差的效果，维护双方经济效益。
关键词：电能、误差、经济效益
前言
科学技术的发展，使得各种各样的电气设备不断涌现，除了电气化铁路的大量建设投运，泉州地区石狮、晋江一带的纺织服装业，大量使用整流器、变频器、江南片区的汽配加工企业的变频电弧炉、安溪铁艺加工的焊机设备，为社会生产和人们的日常生活提供了巨大的便利，同时也使得电网产生了大量的谐波源。而谐波存在时，会对电能计量的准确性造成巨大的影响，产生相应的计量误差，因此，对于电力工作人员而言，对电能计量方法进行改进和创新，消除电能计量误差，是当前需要重点研究的课题。
1 谐波的相关概念
谐波是指电流中所含有的，频率为基波的整数倍的电量，或者说是对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。而从广义方面看，在交流电网中，有效分量为工频单一频率，任何与工频频率不同的成分，都可以称为谐波。谐波产生的原因，主要是由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变，从而产生谐波。在经济发展的带动下，化工、冶金、煤炭等行业的飞速发展以及各种非线性负荷的增加，使得电网中产生了大量的高次谐波电流，从而引起电压波形的畸变。可以说，在电力系统中，几乎所有的非线性设备和负荷都是谐波源，包括以变压器、电抗器等为代表的铁磁饱和型设备，以整流器、逆变器等为代表的电子开关型设备以及以电弧焊机等为代表的电弧型设备等。谐波对于整个电力系统的危害都是非常巨大的，一是会降低系统容量，影响设备的稳定运行，二是会加速设备老化，缩短设备的使用寿命，甚至可能造成设备的损坏，三是可能危害生产的稳定和安全，四是可能增加附加损耗，造成计量和测量设备的显示误差，同时可能干扰通信设备的信号传递，对其造成损坏。因此，采取合理有效的措施，对谐波存在时的电能计量方法进行改进，保证电能计量安全，是非常重要的，需要电力工作人员的重视。
2 谐波存在时的电能计量误差
电力系统存在谐波时，会造成计量误差的出现，影响电能计量的准确性。在电力负载上，谐波存在于基波电流或电压中，若基波电流和电压保持不变，则电能表转盘阻抗以及电压线圈阻抗会出现相应的边改，从而影响电能表计量的准确性。谐波存在时，电能表所反映的电能值可以用下列公式表示：
其中，E1和Eh表示基波以及h次的谐波电能值，其符号由实际潮流方向决定，并不确定，C1和Ch表示电能表所反映的与h次谐波电能和基波成比例的系数。对于电能计量而言，谐波功率的潮流方向是非常关键的。传统电能计量中，采用的是全能量计量方式，是对基波电能和谐波电能总和的计量，这就使得在实际计量中，存在着相应的问题：（1）当用户负荷为线性时，则供电为非正弦，此时，电能表计量的数据实际上是基波电能加上部分谐波电能，用户不仅需要多交电费，还可能会受到谐波的危害，影响设备的安全稳定运行；（2）当用户负荷为非线性时，则非线性负载会产生谐波功率和电能，同时将一部分谐波倒流到电力系统中，此时，电能表计量的数据是基波电能减去倒流入系统的谐波电能，不仅对电网造成了污染，而且还少交电费，损害了供电企业的经济效益；（3）当电源出现畸变，负载为非线性时，电能计量的情况相对比较复杂，负载从电网吸收相应的基波和谐波电能，同时也有谐波倒流入电网，可以说是前两种情况的综合。由此可知，线性负载在吸收系统基波功率的同时，还将被迫吸收谐波功率；而非线性负载在吸收基波功率的同时，将其中一部分基波功率转化为谐波功率注入系统，成为系统的谐波源。
3 电能计量的谐波影响
3.1 电磁式电能表的谐波影响
旧式的电磁电能表是根据工频正弦波制造来完成的，这类电能表只可以确保在小幅度变化的工频范围频带内才能发挥最佳工作性能，如果电力系统波形畸变，这类电能表会发生计量错误，产生误差。随着电网谐波不断变多，电能质量的要求会淘汰电磁式电能表。
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分析电磁式电能表的计量原理，得出电磁式电能表处于谐波条件下计量电能通常无法正确说明用户实际的使用电量：
（1）用户是线性用户，谐波与基波的方向达到一样，电能表计量的是基波和部分谐波所和的电能，计量比实际量偏大。线性用户既要受到谐波污染还要为此多交电费。
（2）用户为谐波源用户，用户自身消耗谐波外，还输送电网谐波量，输送的谐波潮流和基波相反，电能表计量的是基波电能减去谐波电能，计量值比实际值偏小。用户发生谐波污染电网，反而少交电费。
3.2 电子电能表谐波影响
电子电能表在城市电网应用得较普遍，我国电子电能表多是选取模拟式分割乘法器完成计量电功率和计量电能。随着谐波危害断增加，电子电能表计量电能也会产生误差。
3.3 数字电能表谐波影响
数字电能表是电子电能表的发展换代，它以数字乘法器，采用转换器把电压与电流数字相乘，测量准确度高。数字式电能表一般在一定周期内采样处理电压信号和电流信号，系统频率波动时，采样周期与实际信号无法实现同步，就会产生频谱泄漏，电能计量发生误差。
4 谐波环境下准确合理的电能计量方法
对供电系统谐波进行分析和治理以及对电能计量的影响这一课题的研究已在国内外广泛展开，并取得众多成果。目前对电能表电能计量误差的相关研究，尚存在误差模型过于简化、实用性较差、参数难以确定、缺乏量化概念等诸多不足。所以在目前研究的基础上本文更加系统全面的分析了谐波对于感应式电能表和电子式电能表计量的影响，可是鉴于现在技术方面的原因，还不能精确的把用户所消耗的基波能量和谐波能量分别计量出来，并且也没有一个对于谐波源用户进行电价重新分配的一种算法，供电公司就要蒙受很大的损失，并且对于非谐波源用户也是一种不合理的计算方法。
要对谐波环境下电能进行准确合理计量,主要出发点在于区分基波(有用)功率与谐波(无用)功率。采用的方法主要有:
(1)采用频率陡降的电能表(基波电能表),仅能计量基波功率。此时,仅对线性负荷有效,无法对非线性负荷产生的谐波进行计量。
(2)采用分频技术分别计量基波电能与谐波电能及其方向,并利用电费杠杆进行调节。用户电费由三部分构成,即基波(实际有用的)电费、产生或发出谐波电能所应承担的惩罚性电费、能吸收或消耗谐波电能所获得的奖励性电费。
(3)采取技术和管理两方面的措施,加强对非线性负荷的准入制度,切实抑制谐波含量。当谐波含量在允许的范围内时,电能计量的准确性能得到保证。
传统定义认为,谐波电压(谐波电流)与基波电压(电流)共同构成有效电压(电流),谐波功率与基波功率共同构成有效功率,因此,要求常规电压(电流)表及有功功率表的频率特性以固定不变为理想。其实质是将谐波量与基波量同等看待,即谐波影响常规仪表测量的要害是不能准确反映工频(基波)电气量。在谐波环境下,这种观念在对电能进行计量时是不合理的,计量的准确性愈高则愈不合理。采用分频技术制成的电能表可有效解决这一问题。
5 结束语：
综上所述,谐波不仅影响了输配电和用户电力设备的正常使用,致使用户的无功功率电费支出增加,而且对其它设备元件也产生了危害。在计量回路中应用新型的基波电能表,采用分频技术分别计量基波电能和谐波电能,加强非线性负荷的准入制度,将大大降低谐波带来的电能计量误差,维护好企业和用户的利益。
参考文献
[1]李科.谐波对电能计量影响研究[J].现代商贸工业.2010（03）
[2]孙世莉.电网谐波对电能计量影响的分析与探讨[J].现代经济信息.2011（19）
论文作者:郭利生
论文发表刊物:《电力设备》2018年第12期
论文发表时间:2018/8/9
标签：谐波论文; 电能论文; 基波论文; 电能表论文; 误差论文; 用户论文; 功率论文; 《电力设备》2018年第12期论文;