摘要：电能计量系统是计量电能使用情况的仪器，受电网运行产生的谐波影响，电能计量系统采集的计量数据不准确。电能计量系统的计量误差不但会给供电企业造成经济损失，而且会对电力用户产生一定的影响。本文论述了谐波背景下电能计量系统的计量误差。
关键词：谐波；电能计量系统；计量误差
电力计量系统是电力系统的重要组成部分，电力计量系统中常会出现计量误差。当计量误差发生时，会给电力企业带来巨大的损失，浪费大量的能源。因此，有必要对谐波背景下电能计量系统的计量误差进行分析解读，以解决谐波危害引起的一系列问题。
一、谐波的概念
谐波(Harmonicwave)是指周期性非正弦交流的傅立叶级数分解和各种频率分量的分解，其中大于基波频率奇数整数倍的各次分量，也称为高次谐波。当前，我国电力系统普遍认为，任何不同于工频(50Hz)的成分都可称为谐波。我国国家标准《GB/T24337-2009电能质量公用电网谐波》和国际电工委员会(IEC)、美国电气电子工程师协会(IEEE)等其他国家标准组织学术组织都对电力系统谐波含量制定了标准。
二、电能计量系统在谐波下所产生的误差
如若电能计量系统出现计量误差，那么一定是装置上存在问题，一般情况下，可将其分成TA误差、电能表误差及电压互感设备误差。实现对电能计量系统的误差探究从以下方面进行着手。
1、电子类型的电能表概述。电子类型电能表涵盖电子类型及机电类型的电能表两类，后者一般是利用电子方面及测量的类似部件构成，而这类的电能表波形信号装置一般都通过脉冲信号，以致于其也被称作感应类型的脉冲电能表。电子类型的电能表也被称为精致类型电能表或固态类型多动能电能表，且其大都由集成芯片构成，利用电子电路进行实现。电子类型的电能表有可分为数字型及模拟乘法式电能表两类。
2、CVT谐波测量的误差。谐波情况下，能有效补偿电抗设备、中间变压设备、阻尼设备等，其均有可能于饱和的范围内，所以应充分的考虑到其特征和性能，如非线性。我国110kV和发电厂升压站、变电站母线和出现等均通过CVT。然而，相关的研究显示CVT不能应用到谐波的测量中。国际电工IEC的标准中，具有明确的标准，CVT进行测量绕组需确保在既定频率的基础上98%～100%左右，满足精度方面的标准。保护绕组与既定的频率95%～101%左右，达成精度方面的要求。CTV于基波电压的基础上、系统保护、自动装置基波信号变换的情况下，能达成系统方面的要求。然而，测电压频率出现一定变化时，存在谐波时，CVT通过电容分压设备等值电容、补偿电抗设备电感方面所构成，这时LC串联谐振的回路就会出现偏离的现象，致使其测量存在较大的误差。所以，谐波系统CVT不能有效的反应真实状况。实行谐波测量的过程，以CVT变换装置获得二次测信号，所以存在一定误差。
三、电网运行中谐波产生的原因
1、发电原因。电站发电机中的三相绕组无法完全做到全面的对称，然而在设备运行的制作过程中也同样无法完全满足要求，要想通过其他方法试图绕过铁芯均匀的做法也不容易，这样一来对发电机的电源质量产生了较大的影响，在这样的过程中谐波由此而生。
2、输配电的系统原因。在输配电的系统中，变压器易引发谐波，变压器的铁芯处于饱和状态，且磁化曲线也不是线性结构，变压器在实际的工作中，磁密就位于曲线的饱和路径中，严重地影响了变压器的安全运行，引发电压器磁化电流呈现尖项波形，其中就会引发奇次的谐波。据调查，若变压器的铁芯其饱和度较大，线性就更加偏离其工作的点位，可能会有大量的谐波电流形成。
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3、用电的原因。目前电气设备在运行的过程中都会在其中使用晶闸管，但这种零件在使用的过程中会导致电气设备产生谐波。并且晶闸管主要功能在于电气设备的开关和相应充电设备上，也就是说这种零件对电网的正常运行起到非常重要的作用。但在进行单相整流的电路装置和感性负载连接的过程中经常会受到谐波的影响，而且在这个过程中产生谐波的比例也较大，因此在进行电气设备使用的过程中要对整个过程中的电容值进行有效核定。
四、谐波对计量系统装置误差分析
1、电磁感应电能表。电磁感应电能表是较为常见的一类电能表。在基波或高次谐波电压和电流存在的环境中，电磁感应电能表内部的电压线阻抗会发生一定程度的变化，某些情况下，旋转圆盘的状态也会发生变化，从而导致电能表中的电流与电压的磁通发生相应的变化，以上的各类变化将直接致使电能表产生误差。谐波与基波的存在形式是相互叠加的，如果波形发生畸变，磁通无法随着波形的变化而发生相应的线性变化。
2、全电子电能表。在这种电能表计算数值时，CPU能将不同频率情况下产生的正弦规律电流电压的数值进行分别计算。并从中选取一部分数值进行采样计量，这种计算方法能将谐波和负载基波总平均功率消耗的电量和数值进行记录。在基波受到谐波电流影响的情况下，它会与负载电流呈现相反的方向，谐波经过负载电流流向电网时，这种电能表能记录下谐波的有功电能和基波的有功电能的耗电数值，但记录下的用电能量要小于基波电能在负载时消耗的电能，这也是全电子电能表的致命缺陷。
五、在谐波背景下减少电能计量系统误差的措施
1、技术方面的措施。针对我国当前现有的技术，应需要进一步提出改进，将基波电能与谐波电能的计量尽量分离出来，从而使谐波带来的误差影响降至最低；其次，针对现有的电能计量装置进行优化改进，针对当前装置存在的问题，寻找可解决的有效方案。比如，可针对对分频技术的利用，将电子式电能表针对其存在的问题在原有基础上通过进一步改良，使其对谐波的辨识能力进一步提升，甚至还可计量谐波大小与传递方向，从而有效减小其计量装置产生的误差。
2、管理方面的措施。在具体对谐波背景下减少电能计量系统误差管理中，首先要对系统准入管理进一步强化，要强化监督非线性负荷在电网中的含量，保证其谐波含量在可控范围内，负荷国家相关规定要求。然后针对谐波的管理体系要进一步加强，并对其管理队伍进一步强化，做好相应的宣传工作，有效提升相关电力企业与用户对谐波危害的关注度，并具体参与到谐波治理过程中，有效控制谐波源，促进电网的清洁发展。在针对电网方面，要做好相应的分析与测量，对谐波产生的原因要分清，使谐波能得到有效的治理。针对性质严重的谐波产生源要进一步加强跟踪管理，并收集整理相应的信息数据。若发现有的用户设备在谐波产生上严重超标，则应马上采取措施严令其进行整改。最后在报装审批工作方面要进一步强化完善，要做好分析与审查新入网用户的负荷特性，如若出现非线性负荷，则需做好相应的测量工作，进一步核实其非线性负荷是否超标，如若超标则禁止其设备进行并网运行工作。
六、结语
在电力系统中电能量计量是重要的一个环节，其计量结果是电力系统的用户端进行结算的依据，关系到供用双方的经济利益，因此电能计量设备对各项用电量的准确计量显得尤为重要。目前，随着光伏、风能等新能源的大量并网，以及大量非线性负荷引入网内，导致存在大量谐波。谐波的存在不但会影响到电能质量，还会对电能的计量装置产生较大影响。
参考文献
[1]潘超.基于谐波背景下的电能计量系统的计量误差分析[J].建材与装饰,2016(46).
[2]杨金涛.谐波背景下电能计量系统的计量误差分析[J].电力系统自动化,2015(13).
[3]杜锦阳.谐波背景下电能计量系统的计量误差分析[J].中国设备工程,2016(15).
论文作者:黄文斌,辛润旺,江玮
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/18
标签：谐波论文; 电能论文; 误差论文; 基波论文; 电能表论文; 系统论文; 电网论文; 《电力设备》2019年第9期论文;