摘要：随着电子技术的发展，在用电过程中产生的非线性负载数量持续增长，导致大量谐波进入电网之中，其后果是非常严重的，会造成电压、电流发生畸变，也对电表构成破坏，用电量计量不准。
关键词：谐波；电能；计量；原因；措施
引言：
随着电力电子技术在各工业部门和用电设备中的广泛应用，现代工业生产设备中使用的交直流换流设备、电子调压设备、电弧炉、感应炉以及家用的照明和加热设备，都会产生大量的谐波电流而注入电网，这将使得电力系统中的电压和电流波形发生严重的畸变，使电能质量下降，对输电设备、测量仪器、通讯设备、计量仪表等都将产生不同程度的影响。
一、谐波产生的原因
1、发电源的质量不高因此产生谐波
发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对的对称,而铁心也很难做到绝对均匀一致，加上其他方面的一些原因，发电源因此多少会产生一些谐波，但一般来说很少。
2、输配电系统产生的谐波
输配电系统中主要是电力变压器产生谐波。由于变压器铁心的饱和,磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大。
3、用电设备产生的谐波
晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波污染也越来越多。
二、谐波对电能计量产生的误差分析
1、谐波对电能计量准确性的影响
电能计量的准确性取决于是否能够准确计量基波和谐波的总电能。感应式电能表和电子式电能表是电力系统中常用的电脑计量表。电能计量表中的感应转盘在谐波的作用下回产生额外的电磁转矩，使得测量产生误差和精度降低。
（1）电磁感应式电能表
在工频变化较窄的情况下，一般采用感应式电能表，当电压和电流为正弦波时期计量最为准确。电磁感应式电流表根据基波原理进行设计，当有高次谐波分量的电压和电流通过时，其旋转圆盘的阻抗会发生变化，同时电压线圈的阻抗亦发生变化，导致电能计量器内部的电流磁通和电压磁通发了变化，使得电磁转盘的在磁通的作用发生变化，产生了电能计量误差。由于基波和谐波在叠加时会产生波形畸变，磁通通过非线性的铁心时，随着波形的变化而产生非线性变化。在电能计量表中产生的畸变电流和电压通过电磁元件后，磁通的波形不会产生对应的变化，电能计量表在计算功率时，其电磁转矩与实际计量所得的功率不相符。
（2）全电子式电能表
全电子式电能计量器主要依靠其内部的CPU来进行计量，CPU对不同频率的正弦电压和电流进行采样和计算，并通过内部设置的程序计算所消耗的电能值。电子式计量表对负载基波和谐波产生的功耗和电量进行了计算，理论上排除了基波和谐波产生的误差。但由于谐波电流的方向会发生变化，并且计量表将基波产生的电能和谐波产生的电能相加，导致谐波流向负载时，计量表记录下的电能比实际基波消化的偏小，从而出现了计量误差。另外，全电子式计量表会收到外界的温度、电压和频率等的影响下也会产生误差。
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2、谐波对电能计量合理性的影响
一般而言，电能表计量的电能是基波电能与次谐波电能之和，各次谐波电能还将根据不同的电能使用状况而具有不同的方向，电力系统计量过程中，用户的电流最好为基波电流，导致电网的电压也为基波电压，从而降低了对现行负荷用户的影响。而电力网络的用户也希望对基波电流进行计量，因为这种计量方式更为合理。然而当前许多电力用户的负荷特性是非线性的，例如整流器、逆变器、冶金以及化工和电气化铁路负荷等等，这些负荷的谐波电流流入电网以及电网侧，而电能表的计量的有功功率是使用的基波减去谐波，从而减少基波电能的计量，造成了对供电网络的污染。
三、提高计量准确性和合理性的对策
电能计量表误差的研究，首先要建立好一个误差模型，并确定好参数和量化概念，全面分析谐波对电子式电能表和感应式电能表的影响。但限于技术原因，基波消耗的能量和谐波消耗的能量很难进行精度的计算。如果对谐波源用户重新分配电价，则供电公司就受到损失，而对非谐波源用户会造成损失。要准确的对电能进行计量，主要在于区分有用基波功率和无用谐波功率。
1、提高计量准确性的对策
由于电能计量表只计量了基波功率，故首要问题就是要滤除谐波。滤除谐波可以采用硬件实现方式和软件实现方式，但主要使用的是硬件实现方式。硬件实现是选择合适的截止频率，在通过高阶低通滤波器阻止高次谐波进入电能表，达到消除谐波保留了基波。软件方式，一般使用傅里叶算法来消除谐波保留基波。过滤谐波方式，对于受到谐波影响的电力部门和线性用户来，避免了因谐波产生的额外功率。但对于非线性用户来，谐波产生的电能费用，使得电力系统因谐波的影响而遭受损失。
四、谐波电力计量中的应用及发展
1、谐波在对计量的应用
在谐波作用的条件下，电能计量的方式可以分为以下几种：①将谐波进行过滤或者忽略，提高电表对抗干扰的能力，仅仅对基波的功率进行测量，该方法即是纯基波计量方式；②提高了电表功率反应能力，即是使电表显示出其实际的使用电量，该方式即是直接将基波功率与谐波功率进行总体计算，不进行区分；③先对基波功率和谐波功率进行区分，再分别进行计量。
2、谐波计量的发展方向
我国现代的电力计量方式为全能的计量。计量方式在基波电流较为稳定的情况下，精确度较高，如果系统中存在谐波干扰现象，且程度超过了计量设备的承受的能力，该午安能行的计量方式则会出现误差扩大的现象，失真严重。为了防止该类情况的出现，未来计量表的发展方向是将谐波与基波进行隔离，并分别进行计量。在研究过程中，将电力系统进行简化，对受到谐波影响的计量误差建立模型，并分析处理，计量出受到谐波影响电流的具体值。
五、结束语
谐波对电能计量的准确性和合理性有极大的影响。采用分别计量基波电能和谐波电能，记录谐波电能方向的计量方式是比较合理的。按照电力成本合理分摊的电价体系，对吸收谐波电能的客户在电力价格或用电量上适当给予谐波分量补偿；对向电网注入谐波电能的客户要给予电力成本合理分担，按谐波分量的比例对其用电价格进行调整或处罚，是非常有必要的。但是，由于国家目前尚无此方面的技术和商业营运规则，因此，重视和研究电网运行技术规范以及电网商业营运规则，显得特别重要和关键。
参考文献
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论文作者:王俊凯,姚梦熙
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; 基波论文; 电能论文; 电流论文; 电网论文; 功率论文; 误差论文; 《电力设备》2018年第12期论文;