摘要：电力系统中的谐波指的是，对周期性非正弦电量(电压或电流)进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。而大于基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波，基波是指其频率与工频(50Hz)相同的分量。高次谐波的干扰是当前电力系统中影响电能质量的一大“公害”，亟待采取对策。电网中大量的电力谐波，使得电能表电能计量的合理性和准确性受到很大干扰，损害电力企业和电力用户的紧急利益，因此必须采取有效的解决方法，不断提高电能表电能计量的准确性。
关键词：谐波；电能计量；互感器；影响
1谐波产生原因及危害
谐波产生的根源在于谐波电流源，传统电网中谐波源为变压器和发电机，现阶段多为电网用电子元件设备。由于非线性电子设备中正弦电压的使用，设备电流与电压存在波动类型差异，电流波形发生变化，谐波联通入电网中，形成谐波源。谐波对与电动机、变压器及其他电子元器件的影响巨大，其具体危害如下：
1.1影响旋转式电动机工作
由于旋转式电动机基波频率低于谐波频率，在谐波入侵的情况下所引起的电动机涡流作用等，会导致电动机能耗的增加，同时造成铁损等不良现象。
1.2危害电力变压器安全
变压器正常工作时产生的谐波极小，对于仪器的正常运行无太大影响。但当变压器启动瞬间，其设备中的谐波瞬时量巨大，可能为额定电流的数倍，虽然持续时间较短，但过大的电流会降低设备使用寿命，甚至造成设备的损坏。
1.3影响电力电容器工作
作为常用电子元器件，电容器由于结构的特殊性，极易受到谐波的影响。电容器设备运行主要依靠元件的充电、放电，该过程中谐波产生的可能性很大，影响电容器的正常工作。
1.4干扰通信线路的使用
谐波对于通信线路的干扰主要表现在电磁感性、电气传导等现象中。在载波通信时，谐波混入通信线路，会影响通信声音的清晰程度，影响通信质量。
2谐波对电能计量的影响
2.1对电能计量装置的影响
(1)谐波对互感器的影响
根据理论分析与实验证明，互感器的频响特性和互感器的精确等级有关。电流互感器（TA）在1kHz的范围内幅频特性是平坦的，当频率低于20kHz时，TA的幅度误差小于3%。但对电压互感器（TV）测试表明，当互感器的负载电阻为100时，各类电压互感器幅值误差达到3%的频率为1～6kHz。而且对奇次谐波而言，TV变比误差随谐波次数增加而非线性地增大，TV的负载对其频响特性的影响无明显规律；对偶次谐波而言，TV变比误差的非线性增加比奇次谐波时更快。
(2)谐波对感应式电能表的影响
感应式电能表是针对非常狭窄频率范围的正弦电流和电压波形而设计的。当频率与额定频率不同时，会引起电流、电压工作磁通幅值及它们之间相位角的改变，使驱动力矩、抑制力矩、补偿力矩及铁芯损耗发生相对变化，从而，引起感应式电能表计数误差的变化。感应式电能表频响曲线的平坦与否，对它在谐波功率下的计数影响甚大。频响特性曲线下降的原因是：感应式电能表转盘涡流路径的等效转盘阻抗，及其阻抗角随频率增高而增大所致。当电压和电流均发生畸变时，产生了谐波功率，感应式电能表基本上忽略了5次以上的高次谐波功率。感应式电能表少计量3次谐波功率5%～30%、5次谐波功率80%～95%。值得注意的是，谐波功率的潮流对感应式电能表的计量有很大影响。感应式电能表计量的电能值E’为：
此式中：E1、Eh的符号可正可负，由实际
潮流方向确定，c1、ch为相应的基波、谐波的系数。c1=1、ch≤1，且随谐波次数的增加而减小。由算式可见，对于线性用户，基波和谐波潮流一致，感应式电能表少计量了用户消耗的电能，但计量的电能仍大于基波电能；对于非线性用户，用户自身向电网输送谐波分量，谐波潮流与基波潮流相反，感应式电能表计量的值大于用户消耗的电能，而小于用户所消耗的基波电能。
(3)谐波对全电子式电能表的影响
目前所采用的全电子式电能表，其计量原理都是对电压、电流瞬时值进行采集积分。因此，当谐波存在时，只要测得的读数在误差允许范围内，可认为是基波和谐波有功电能的代数和。全电子式电能表的频响特性曲线相对平坦，可近似认为无衰减，其对谐波功率的响应和对基波功率的响应基本相同。分析表明，全电子式电能表把基波功率和谐波功率一同计量，在谐波存在情况下，其计量误差比感应式电能表的误差要大。
2.2谐波对电能计量方式的影响
传统电能计量时包含了基波和谐波二者消耗的总电能，因此，在当前复杂电网条件下局限性很大：
线性负荷时，供电基波非正弦波形，计量的电能表读数为谐波和基波电能总和，导致计量示数过大，用户承担费用增加，同时谐波会影响相关电力设备的正常运行。
非线性负荷时，谐波的产生会导致部分电能回流至电网中，造成电能表计量示数的减小，这样不仅使用户应交费用减少，影响电力企业的经济效益，而且电能的回流会对电网造成持续损害，影响电网寿命。
当负载电源畸变情况发生时，会同时引发上述两种情况，进一步影响电影能计量，危害电网。
综上所述，谐波的存在对于电能计量方式的影响很大，无论是损害用户利益还是影响电力企业效益，都会影响电力行业的进步。因此必须改进全能量电能计量方式，充分考虑到谐波对其造成的不良影响，从技术和管理双层面上进行调整，保证电能计量的准确性。
三、降低谐波对电能计量影响措施
3.1改进计量方式
现现阶段电力行业系统中主要计量方式为全能量计量方式，这种方式存在较大的弊端，因此首先要对该计量方式进行改进，应采取对基波电能和用户吸收、发出谐波电能分别计量的方式。这样不仅考虑到了线性负荷时，谐波吸收电能造成用户费用增加的现象，而且消除了非线性负荷时，谐波产出电能引起电力企业利益受损的现象，双方面保障了电能计量结构的准确性，提升了用户的信任度和电力行业的潜力。
3.2基波电能计量法
通过上述电力谐波对于电能表电能计量的影响分析，电力用户终端主要是线性负荷，采用基波电能计量法，可有效提高电力用户终端的电能计量准确性，避免电力用户缴纳过多的电费。同时，对于电流用户或者受电力谐波影响比较广泛的电网线路来说，电力谐波对于感应式电能表和电子式电能表的电流和电压回路产生大量滤波，这时大部分有功功率是基波电流的有功功率，可极大地提高电能表电能计量的准确性。
3.3全能量电能计量法
电力系统中电能表电能计量数量是有功功率，采用全能量电能计量法，配合电子式电能表，可极大地降低电子式电能表的电能计量误差。但是需要注意的是电子式电能表同时计量电力用户终端的电流谐波有功电能，使得非线性电力用户的电能计量数据减少，因此这种全能量电能计量法只适用于影响力小、电力谐波小的电力系统。
3.4带加权系数计量法
带加权系数计量法是一种基于基波电能计量的方法，结合带加权数据进行电能计量。当前，带加权系数计量法还处于研究阶段，而采用这种方法可得出更加真实准确的电能数据，可全面反映出谐波电能和基波电能，因此带加权系数计量法适用于电力谐波分布广泛或者包含大中型电力用户的电力系统。随着我国现代化信息技术的快速发展，相信带加权系统计量法的应用范围将越来越广泛。
3.5选择合适的电能表
在电能表电能计量中，对于电力系统中的同一个计量点，如果电力谐波超过我国电网的相关标准，可采用准确级相同的电磁感应式电能表或者全电子式电能表，也可采用多功能电能表，准确计量谐波分量。当大功率变流设备向电力系统注入大量电力谐波时，感应式电能表可准确记录基波消耗的有功电能；当电力系统自身产生大量电力谐波时，可应用全电子式电能表，准确、真实地进行电能计量。
结语
综上，电能计量受谐波影响，给供用电双方带来了巨大的影响和损失。由于谐波造成了供电企业线损和电力营运企业非经营性成本的增加，所以，加强谐波治理刻不容缓，供电企业和电力客户都应积极改善电网谐波状况，提供可靠的清洁能源。
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[3]刘座铭，吕项羽，常学飞，张宗宝.电力谐波对电能计量的影响及治理措施[J].吉林电力.2013，（02）.
论文作者:徐始发
论文发表刊物:《电力设备》2019年第14期
论文发表时间:2019/11/12
标签：谐波论文; 电能论文; 基波论文; 电能表论文; 电力论文; 计量法论文; 电网论文; 《电力设备》2019年第14期论文;