摘要：谐波是由电力电子装置等非线性负载在电网中运行过程中，造成电网中电压、电流等发生畸变，造成电能计量不准确的情况，对于我国当前的电能计量工作造成了巨大的困难，如何减少谐波对于电能计量造成的困难是当前需要解决的重要问题。
关键词：电能计量；谐波；影响
前言
随着电力电子技术在各工业部门和用电设备上的广泛应用，非线性负荷数量越来越多，容量也越来越大，谐波大量注入电网，使电力系统电压、电流波形发生严重的畸变。电力谐波产生的原因有很多，由于电力设备等原因，导致很多问题是无可避免的。因此，应重点关注如何对电力谐波进行科学有效的控制和处理，提高科技人员的技术创新能力和水平，尽量降低电力谐波对电能计量的影响。
1 电力谐波产生的原因
1.1 产生的原因
电力系统中产生谐波的原因有很多，根据对现场的总结经验来看，其产生的主要原因是以下几个方面。
1.1.1 发电源质量不高产生的谐波
发电机本身质量不高，原因如：发电机采用的是三相绕组的制作方式，但在制作过程中并不能保证其绝对的对称性；发电机的铁芯要保证绝对的均匀一致也比较难等，因此在发电的过程中难免会产生一些谐波。
1.1.2 输配电系统产生的谐波
输配电系统中产生的谐波主要是源自电力变压器。变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计时考虑其经济性等原因，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。而且铁心的饱和程度对谐波电流的影响程度相当高，即铁心的饱和程度越高，变压器工作点就会比线性偏离越远，因而谐波的电流也就越大。
1.1.3 用电设备产生的谐波
用电设备产生的谐波，主要是来自晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在许多方面都有着广泛的运用，尤其是在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等方面，这就是电网中大量谐波产生的主要来源。
1.2 危害性
1.2.1 会影响电力变压器
通常情况下，由于变压器所产生谐波的电流通常会比较小，也不会导致变压器出现发热和铁损现象。但是，在起初接通电源的一瞬间，变压器中的谐波电流却是相当的大，甚至大到是额定电流的数多倍，虽然时间不长，但会对变压器的使用寿命产生影响。而且谐波的谐振会导致电流放大，影响变压器寿命。
1.2.2 会影响电力电容器
电容器是一种较为常用的电子元器件。但由于其特殊性质，导致其相比其他电子产品而言，受到谐波的破坏可能性更大、程度更高。因此，谐波是影响电容器安全运行的较为关键的因素。
2 谐波对于电能计量装置的影响分析
2.1对电能表电能计量准确性的影响
2.1.1 谐波对于感应式电能表的影响
目前来看，我国广泛使用的电能表分为两类，电子式电能表和感应式电能表，谐波对于这两种电能表所产生的影响方式也是不同的。感应式电能表通常应用于测量较为狭窄的频率范围内电能的变化，谐波对于感应式电能表造成的影响主要是，谐波产生的功率会作用在电网上，感应式电能表接收到频率信号会由于谐波功率而发生变化，使得感应式电能表的磁通量发生一定的变化，使得电能表内部的电流、电压随之发生变化，感应式电能表的表盘仪器会受到这种影响，造成较大的变化，从而导致电能表的计量发生影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在对感应式电能表进行多次测试实验显示，谐波频率对于感应式电能表造成的影响是成正比变化的，所以谐波频率越大，计量误差也就会越大。
2.1.2 谐波对于电子式电能表的影响
电子式电能表不会受到谐波频率所造成的磁性影响，其内部构造对于电路的要求较小，但是当谐波频率炒货 1k Hz 时，谐波频率所造成的影响就会难以忽视，所以在应用电子式电能表计算总电量时需要将 1k Hz 以内的谐波频率所产生的电能加上，即 E=E1+∑En。从谐波对于两种电能表所造成的影响方式可知，我们在具体的使用两种电能表的过程中，其实都有条件将谐波功率计算在内，分别进行增加或减去谐波的电能 En，在一定的频率范围内，通过这种方式计算的 E 却是为实际意义上的非线性负载消耗值，我们面对的最大问题在于，谐波功率为负值，我们所通过计算得到的电能结果是比实际要小的，而非线性负载产生的谐波作用于电网当中，不仅不会产生正面的影响，反而会对整个电网中一部分电路、电压造成影响，破坏电网整体的稳定性，造成更大的谐波影响，所以用户在这种情况是处于有利地位而忽视谐波造成的整体影响，因此要对电能计量的方式进行改变。
2.2对电能表电能计量合理性的影响
在实际应用中，电能表电能计量的电能是各次电力谐波电能和电力系统基波电能之和，各次电力谐波电能的电力负荷存在较大差异，谐波产生方向也不同。当前，我国很多地区的电力企业呼吁用户尽量采用基波电流，不仅可降低电力谐波对用户终端线性负荷的影响，而且电力系统可应用基波电压，降低电网线损。但是，我国大多数电力终端的电力负荷具有非线性，这种电力负荷的谐波电流朝着电网系统流动，但是电能表电能计量是电力谐波电能和用户终端基波电能只差，得出有功功率，若基波电能的计量数据越来越少，会导致大量电力谐波污染整个电网系统。如果电网电源处于正弦波状态，那么电网中线性负荷电流和电压也是正弦波状态，这时电力用户终端会消耗大量的基波电流，如果非线性电力负荷电压信号处于正弦波状态时，电流状态也会发生变化，结合三角函数的正交特性，同频率下的电流和电压积分为一个常数，在实际电网电路中只消耗同频率电流和电压的积分，主要是基波电流有功功率。然而，但电网电源发生畸变，内阻较小时，线性负荷会消耗大量的电力谐波和基波电流有功功率，导致电能表电能计量的有功功率和电网实际消耗的有功功率之间偏差较大，严重影响电能表电能计量的合理性。
3 提高计量准确性和合理性的对策
3.1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。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。下面讨论分别计量谐波和基波功率的方式，并区分正负功率。该方式采用的智能电表具有一个单片机核心处理单元，利用快速傅里叶算法进行频谱分析，准确的计量基波和谐波功率。其计量是否合理，区分了基波功率和谐波功率，对非线性用户产生的谐波功率有一定的惩罚作用，来弥补电力部门的损失。但其使用较为困难，且成本高昂。
3.2提供计费合理的对策
为了做到电能收费的合理性，在对用户征收基波电能电费时，可以征收附加电费。尤其对于非线性用户，在电网中注入的谐波电能往往不尽相同，必须采取适当的机制，收取一定的惩罚性电费，设用户消耗的总电能为E，负载消耗的电能为E1，则电网中谐波电能损耗为Ek=E-E1，其中Ek>0 表示为非线性负载，Ek<0 为线性负载。则向用户征收的电费为FH=D1×E1+DH×Ek。其中D1 是基波电能电价，DH为非线性用户的惩罚性电价，线性用户DH=0。通过上述计量方式，可以定量和合理地计量非线性和线性用户的电能消耗，解决了谐波对电能计量产生的不合理性。
4、结语
电力谐波对于整个电力系统百害而无一利，当电力系统包含大量谐波时，系统中的基波和谐波相互叠加，使得电压和电流波形发生变化，由于磁通转矩和平均功率之间的误差较大，严重影响电能表电能计量的准确性，因此应采用科学合理的电能计量方法，保护电力用户的用电安全，减少电力谐波对电能表电能计量的损害。
参考文献：
[1] 李琳.电力谐波对电能表电能计量的影响分析[J].硅谷，2015
论文作者:王红梅
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/9
标签：谐波论文; 电能论文; 基波论文; 电能表论文; 电网论文; 电流论文; 电力论文; 《基层建设》2017年第36期论文;