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摘要：在电力系统中，电能计量工作可以为电费的收取提供参考依据，因此计量结果的准确性和可靠性关系着电力企业和电力用户双方的利益。而电力谐波的客观存在性，对于电能计量工作造成了巨大的影响。本文对电力系统中的主要谐波源进行了分析，从计量方式和计量装置两个方面，讨论了谐波对于电能计量的影响，并提出了相应的解决措施。
关键词：谐波；电能计量；影响；解决措施
前言
在电力电网中，非线性负载的增加会引发电力谐波问题，进而加速绝缘老化，引发附加线损，降低设备的工作效率，产生的危害不容忽视。不仅如此，电力谐波的存在，还会影响电能计量工作，损害电力企业和电力用户的利益。在这种情况下，做好电力谐波的治理工作，保证电能计量的准确性，是非常必要的。
1 电力系统中的主要谐波源
对于交流电网而言，其有效分量是单一的工频频率，任何与该频率不同的成分，实际上都能够算是电力谐波，一般情况下，谐波是正弦电压加压于非线性负载，导致基波电流的畸变而产生的。谐波的存在，会对电力系统产生污染，不仅降低了电能的质量，而且会在一定程度上增加附加损耗，给电力系统的安全稳定运行带来巨大威胁。因此，做好谐波源的分析，对于谐波的控制和治理而言是非常关键的。在传统电网中，由于网络架构简单，谐波源一般只有变压器，而且谐波电流极小，基本上不会对电力系统产生很大的影响。而伴随着电力系统的飞速发展，电力电子设备取代变压器成为了主要的谐波源，在其运行过程中，通常都会利用二极管，将交流电转化为直流电，或者利用桥式整流器将直流电转化为交流电，而在电子开关、工业整流设备中，存在着一些容量较大的滤波电容器，会导致二极管导通角变小，必须在交流电压正弦波最大值附近才可以实现导通，使得交流输入的电流波出现了严重畸形的情况，三次谐波甚至会在基波上形成窄尖峰脉冲，降低线路的功率因数。在现代电网中，变压器、电抗器、整流器等都是谐波的主要来源。
2 谐波对于电能计量的影响
2.1 谐波功率计算
在电网中，谐波的存在会引发谐波电压和谐波电流，从而产生谐波功率，相应的计算公式为：
其中，Un表示n次谐波电压，In表示n次谐波电流，coshn表示n次谐波的功率因数。结合电力用户的性质，对于电网而言，谐波存在正负之分，如果用户本身产生谐波，并且向电网输入，则为负值，如果用户吸收谐波，则为正值。负值谐波会导致电网负荷的增大，损害电力企业的经济效益，正值谐波则会导致用户用电量的增加，造成用户的经济损失。
2.2 谐波的影响
谐波对于电能计量的影响主要体现在两个方面，一是电能计量装置，或者说电能表，二是电能计量方式，这里对其进行分别讨论。
（1）对计量装置的影响：这里主要针对比较常见的电子式电能表进行分析。与常规的感应式电能表相比，电子式电能表在功能上更加丰富，操作和维护简单，而且计量准确度更好。其基本的工作原理，是通过对用户端电压和电流的实时采样，通过相应的集成电路，对采样得到领的电压和电流信号进行转换，形成脉冲输出显示，显示的数值与电能呈正比关系。而在对相关数值进行计算的过程中，通过对不同频率的采样分析，处理终端能够依照正弦规律变化的电压与电流瞬时值，计算出与实际相符的结果，保证了带能和计量的准确性。如果单纯从理论层面分析，上述计量方式能够实现对于电路负载中基波与谐波总平均功率值以及实际用电量的可靠记录，基本上可以将误差控制在允许范围内。不过，电子式电能表在实际应用中，会将基波功率和谐波功率放在同等的位置进行分析和计算，从而导致了计算误差的增大。与之相比，智能电能表本身的智能化特点能够及时发现计量结果中存在的误差，做出相应的校正，能够在很大程度上削弱谐波的影响，因此这里不作分析和讨论。
（2）对计量方式的影响：一直以来，电力系统中采用的都是全能量计量的方式，而由于技术条件、电网规模、用户性质等的影响，谐波基本上不会造成严重影响，因此在电能计量环节可以忽略谐波的存在。不过，科学技术的进步，使得越来越多的电器设备开始走入人们的日常生活，谐波源呈现出不断增长的趋势，加上电网逐渐实现了全面覆盖，整体结构越发复杂，谐波的影响也在持续扩大。谐波对于电能计量方式的影响主要体现在几个方面，首先，在非正弦供电的线性荷载中，采用全能量计量的方式，得到的数值同时包含了基波电能以及部分谐波电能，导致了用户用电量的增加；其次，在电网中，非线性负荷会产生相应的谐波功率，其中的一部分会输入到电网中，在这种情况下，电能计量得到的数值实际上是用户的用电量减去输入到电网中的谐波功率，较实际偏小，损害了电力企业的利益；然后，当负载非线性，电源畸变时，负荷不仅会吸收基波与谐波，还会使得谐波倒流回电网，使得电能计量变得更加复杂。
3 应对谐波影响的有效措施
针对上述问题，该如何才能有效也能够对谐波的影响，提升电能计量的准确性和可靠性呢？结合电力企业的经验，可以从技术和管理两个方面着手：
3.1 技术措施
一方面，应该在现有的技术条件下，对电能计量方式进行改进，尽可能实现波电能与谐波电能的分别计量，消除谐波所带来的不良影响；另一方面，应该对计量装置进行优化和改进，提升计量结果的准确性和可靠性。例如，可以结合分频技术，针对电子式电能表进行相应的改进和优化处理，强化其对于谐波的辨识能力，使得其可以在电能计量中，准确分辨谐波带能和基波电能，甚至对谐波电能的大小以及传递方向进行计量，减少乃至消除谐波对于电能计量准确性的干扰和影响。
3.2 管理措施
一是强化系统准入管理，如果非线性负荷进入电网中，必须重点关注，严格对待，落实谐波的低含量，确保其不会超出国家规定的标准范围；二是构建完善的谐波管理体系和谐波管理队伍，重视宣传工作，使得电力企业和电力用户都能够参与到谐波的治理中，对谐波源进行有效控制，减少电网污染；三是应该做好电网分析和测量，对谐波源的位置和产生原因进行明确，为谐波的治理奠定良好的基础。对于严重的谐波源，需要做好跟踪管理，对相关数据进行收集，如果发现用户设备产生的谐波超出了相关规范的允许值，则应该要求用户进行整改；四是应该完善报装审批工作，针对新入网用户进行负荷特性的分析和审查，如果是非线性负荷，则需要做好测量工作，在超标的情况下不允许其并网运行。
4 结语
总而言之，在电力系统中，谐波是客观存在的，并不能完全消除，其不仅会导致电网的污染，而且会影响电能计量的准确性，损害电力企业和电力用户双方的利益。对此，电力技术人员必须强化认识，分析电力系统的谐波源，了解谐波产生的原因及其对于电能计量的影响原理，采取切实可行的技术措施和管理措施，做好谐波的治理工作，提升电能质量，保证电能计量的准确性和可靠性。
参考文献：
[1]李璨.电力系统谐波对电能计量装置的影响分析[J].电气技术，2014，（8）：65-67.
[2]冯海清.关于谐波对电能计量的影响及解决措施的分析[D].山东大学，2015
论文作者:潘杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/16
标签：谐波论文; 电能论文; 电网论文; 基波论文; 用户论文; 电力系统论文; 电力论文; 《电力设备》2017年第32期论文;