摘要：电网运营经济的基础依据是对电能的计量与核算，计量和核算的准确和精确度影响到整个电力系统的经济或效益。引入非线性负荷进入电网会导致供电系统中出现谐波成份，破坏电力系统的平稳运行。因此对谐波对电能计量的影响进行分析，并根据分析的结果提出解决对策，具有十分重要的现实意义。本文围绕电力系统谐波对电能计量的影响障碍分析，包括对输配电和用电过程中，谐波功率的注入对于电网的影响，以及对电能的计量的准确性和合理性的影响等，同时提出避免谐波干扰电能计量影响的对策。
关键词：谐波干扰；电能计量；对策分析
随着工程建设的不断加大规模，大量的电器设备和电子设备的应用产生了谐波和无功功率，对于配电系统造成了很大的污染，降低了电能质量，也给电能计量带来很多干扰。因此，加强电器设备、电子设备的智能化改造，减少谐波对电能计量设备的干扰，保证电能计量的正确性，是当今对电能的研究的重要课题。主要研究的内容包括电能的计量精度问题，电能计量点的准确度的问题，谐波的抗干扰的问题等等，主要目的就是减小谐波对电能计量的影响，减少电能计量的误差，这对于提高电力供应企业的经济效益具有重大意义。
1.谐波产生的原因
谐波的源头包括了很多，其中有特定频率的谐波，一般功率显示为正值。谐波电流源是主要的谐波源。包括正弦波形，以及基波。当电源反馈谐波电流到电力系统中，本身的基波功率不会完全消耗，电源系统就会返回到电力系统中。形成非线性负荷使用下的谐波。本文所有阐述的谐波的主要原因包括：
1.1谐波产生的原因包括了发动机的三相绕组，制作中无法达到对称后，铁心的质地不能达到均匀，因此在发动机工作时会产生谐波[1]。
1.2由于输配电系统的变压器发生了磁化，因此在铁心饱和状态下，变压器的磁化曲线接近了饱和，使得变压器的磁化电流出现了尖项的波形，当出现非线性的磁化曲线的时候，奇次谐波出现了，铁芯的饱和度越高，尖项的波形出现的奇次谐波就越大，产生的谐波电流就越大。
1.3当电器设备的晶闸管出现整流元件时，就容易出现谐波。以日产生活中的充电设备、电力机车等使用到的晶闸管整流元件为例，单相整流电路装置连接到感性负载后，产生的奇次谐波电流，出现了多次含量达到30%的基波，当奇次谐波电压呈现接容性负荷时，谐波会随着电容值的增加而增加。
2谐波对电能的计量误差的影响的分析
2.1电能计量的准确度与计量基波和谐波等有很大关系。当电能计量表升级到智能电能计量表后，在谐波的作用下，会产生额外电磁，使得测量出现误差，降低测量精度[2]。
2.2在传统的电磁感应式电能表的计量中，电压和电流为正弦波的状态下，计量较为准确。但是当有高次谐波分量的电压和电流通过后，阻抗发生变化，电能计量起的电流磁通和电压磁通就会发生变化，使得电能计量出现误差，基波和谐波在叠加的时候出现了波形畸变，磁通经过非线性的铁芯的时候，波形也出现了非线性变化，电能计量表产生的畸形电流和电压通过电磁元件后，发生了不对称的磁通的变化。当电能计量表在计量功率发生变化后，出现了电磁转矩与实际计量不符的问题。
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2.3全电子电能表的计量依靠CPU来完成，当CPU 中的正弦电压和电流进行采样计算后，内部设置的程序计算消耗的电能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的误差，对谐波电流的方向发生了变化。增加了基波的电能和谐波的电能，导致谐波出现了负载电能的偏小数值，导致计量误差的出现。而且全电子计量表也受到外界温度、电压等影响，出现误差的概率较大[3]。
3.提高计量准确度的对策
3.1在谐波的作用下，电能计量包含了三种方式的计算。首先是电能计量采用基波和谐波功率的电能全计量方式。第二是对基波功能、谐波功不经过计算得到的电能计量表值，被成为基波电能方式。第三种是计算出谐波功率和基波功率，称为谐波电能方式。三种方式均能够解决电能全计量状态的计量准确性和合理性的矛盾，可以解决上述问题中谐波环境下的电能计量误差的问题。采用的通用方法包括谐波测试方法、仿真实验方法。前者是通过谐波检测仪对嗲能计量产生的误差进行定量和定性的分析，后者是利用波形发生器，记录波形信号，对输入到实验用电能表的信号进行分析，找到电能表出现误差的原因。
3.2建立电能计量误差模型，确定参数和量化的概念，使用全面分析谐波的方法，将基波的消耗和谐波消耗的能力进行准确的计算。采用谐波源用户重分配电价。区分有用基波功率和无用谐波功率[4]。
3.3将谐波予以滤除。采用硬件和软件结合的方式，选择合适的截止频率，通过高阶低通滤波器，对高次谐波进行组织，保留基波消除谐波。同时使用傅里叶算法消除谐波。例如对计量谐波和基波功率进行正负功率的区分，采用的智能电表拥有单片机核心处理单元，利用傅里叶算法进行快速的频谱分析，将计量基波和谐波功率进行准确的计算。区分基波功率和谐波功率，对非线性的用户的谐波功率的产生进行惩罚[5]。
3.4对用户征收基波点选择电费，包括附加电费。在电网中采取收取惩罚性电费的方式，可以定量和合理地计量非线性和线性用户的电能消耗，解决了有谐波造成的电能计量不准确的问题。
结语：
电能计量过程中必须要将基波功率和谐波功率分开。通过分频的技术分别计算基波电能和谐波电能。并且给予吸收谐波电能的用户以一定的补偿，对电网中注入谐波的用户给予惩罚[6]。管理好非线性负荷，减少谐波造成的电能计量误差，使得供电企业的的经济效益得到提升，也保护了用户的用电权益。
参考文献：
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[2] 井晶，李昊旸，毕潇昳等.谐波对电能计量的影响与对策研究[J].科技展望，2016，26（2）：110.
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[4] 牛丽.谐波对电能计量的影响及仿真研究[J].计量与测试技术，2015，（11）：40-41，43.
[5] 于秀娜.基于谐波对电能计量的影响[J].统计与管理，2014，（10）：159-160.
[6] 姚莉雯.谐波对电能计量的影响与对策研究[J].消费电子，2014，（22）：96-96.
论文作者:张修鲁
论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期
论文发表时间:2017/3/27
标签：谐波论文; 电能论文; 基波论文; 功率论文; 误差论文; 电流论文; 波形论文; 《电力设备》2017年第2期论文;