摘要：随着经济的发展，在人们的工作与生活当中非线性负荷电力设备越来越多，导致谐波也呈上升趋势，电力系统谐波会电力计量的准确性，造成计量出现误差，影响了用户的切身利益和电力企业的经济效益，加强对电力谐波的研究具有十分重要的意义。本文对电力谐波的产生原因、电力系统谐波对电力计量准确性的影响、电力系统谐波对电力计量合理性的影响、谐波电力计量中的应用及发展等进行了分析和探讨。
关键词：电力谐波；电能计量；影响
1 电力谐波概述
1.1 概念
电力谐波，是对于交流电网中单一的工频频率不同的成分的统称，也就是说，与交流电网工频频率不同的波频，都可以称为谐波。
1.2 产生原因
电力系统中的电力谐波，主要来自以下三个方面：
（1）发电源的质量问题
就目前我国电力企业的发展情况看，大部分发电机都是在三相绕组的基础上制作的，很难做到绝对的对称，而发电机的铁芯也难以保证绝对的均匀和一致，导致发电机的质量受到一定的影响，在运行过程中产生谐波。
（2）输配电系统问题
输配电系统中谐波的来源主要是电力变压器。由于受到各种因素的影响，在对变压器进行设计时，通常都会将其工作磁密选择在饱和阶段上，以免出现容量过大造成的浪费。虽然使得变压器的经济性得到了保证，但是也使得其在工作中产生了相应的谐波电流。
（3）用电设备问题
用电设备产生的谐波，通常都是多次谐波的组合。一方面，来自于含有半导体的非线性元件，如变流器、换流设备等；另一方面，则来自于部分含电弧或者铁磁的非线性设备，如交流电弧炉等。
1.3 危害
电力谐波对于电力系统的危害是十分巨大的，也是多方面的，主要包括以下几种：
（1）输配电线路。首先，会影响线路的稳定运行。一般情况下，输配电线路都设置有相应的继电保护装置，对线路和设备的安全进行维护。但是，在谐波的影响下，继电保护装置难以充分发挥保护作用，从而产生误动或者拒动，威胁线路的稳定和安全。其次，会影响供电质量。电力谐波会使得电力网络中的电压和电流产生相应的畸变，使得电网的电压降低，浪费电网的容量，从而影响电力供应的质量。
（2）电力设备。一方面，电力谐波的存在，会导致电压和电流的变化，影响设备的使用安全，也可能导致设备过热，引起设备的绝缘老化，缩短设备的使用寿命；另一方面，由于谐波次数高频率上升，会导致线路的交流电阻增大，使得电缆的允许通过电流减小，影响电力的传输。
2 电力谐波对于电能计量的影响
2.1 感应式电能表
感应式电能表的基本工作原理在于：当电流通过表中的电流和电压元件时，会与铝盘发生电磁感应，产生电磁力，进而推动铝盘转动，对电能进行计量。
而谐波电流的存在，会导致线路中的电流频率发生变化，从而对电能表产生影响，产生计量误差。误差产生的原因包括：
（1）谐波频率的影响。首先，电能表的转盘并非纯电阻，在其中含有感抗分量，在频率上升时，转盘的等效抗阻以及阻抗角会随之不断增大，从而使得电能表的转速变慢，测量结果低于实际耗电量；其次，电流线圈的磁通量会随着频率的增加而逐渐减小，从而导致驱动力矩减小，电能表的误差向负方向变化；然后负荷的补偿力矩与频率成反比，当频率升高时，补偿力矩减小，使电能表产生负误差，并且这种影响的大小随着负载大小的不同而不同，负载电流愈小，影响愈大。
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（2）谐波功率的影响
①线性用户：基波由系统注入用户，与谐波的方向一致，因此电能表计量的是用户的实际用电量加上部分谐波电能，使得计量数值增大，不仅需要缴纳更多的电费，还会受到谐波的危害。
②非线性用户：基波与谐波的方向相反，用户向电网输送谐波分量，电能表计量的电能实际上是实际用电量减去部分谐波电能，计量数值减小，在污染电网环境的同时，却缴纳更少的电费。
2.2 电子式电能表
电子式电能表的基本工作原理是：通过对用户供电电压和电流的实时采样，采用专用的电能表集成电路，对采样电压和电流信号进行处理，转换成与电能成正比的脉冲输出，通过计度器或数字显示器显示出来。其优点在于具有良好的防窃电能力和较高的计量精度，负荷特性强，自身的功耗低，计量参数灵活性强，功能全面，属于目前我国应用最为广泛的电能计量设备。但是，由于电子式电能表的频带相对较宽，在计量时，会将基波功率与谐波功率同等对待，使得计量的误差增大，不过与感应式电能表相比，误差要小得多，在20倍频谐波的影响下，计量误差不会超过4%。与感应式电能表一样，在谐波的影响下，电子式电能表对于不同的用户也会出现不同的误差。对于线性用户，电子式电能表计量的数值实际上是基波与谐波之和，数值较实际偏大；对于非线性用户，电子式电能表计量的数值实际上是基波与谐波之差，数值较实际偏小。
3 相应的应对措施
3.1 对电能计量方式进行选择
就目前的技术条件而言，对于电力谐波并没有较好的处理办法，因此为了提高电能计量的准确性，可以从计量方式入手，采用宽频带电能表和工频基波电能表共同使用的方式，进行电能测量，不仅可以保证测量的准确性，还可以对谐波的大小和方向进行测量，从而有效减少谐波的排放，保证电力系统的安全运行。
3.2 引入智能电表
智能电表具备的智能化功能，可以对用户的实际用电量进行整理和对比，一旦发现异常会立即向用户发出警报信息，从而及时发现电量的异常，避免对于用户利益的侵害。
4 谐波电力计量中的应用及发展
4.1 谐波在对计量的应用
在谐波作用的条件下，电能计量的方式可以分为以下几种：①将谐波进行过滤或者忽略，提高电表对抗干扰的能力，仅仅对基波的功率进行测量，该方法即是纯基波计量方式；②提高了电表功率反应能力，即是使电表显示出其实际的使用电量，该方式即是直接将基波功率与谐波功率进行总体计算，不进行区分；③先对基波功率和谐波功率进行区分，再分别进行计量。
4.2 谐波计量的发展方向
我国现代的电力计量方式为全能的计量。计量方式在基波电流较为稳定的情况下，精确度较高，如果系统中存在谐波干扰现象，且程度超过了计量设备的承受的能力，该午安能行的计量方式则会出现误差扩大的现象，失真严重。为了防止该类情况的出现，未来计量表的发展方向是将谐波与基波进行隔离，并分别进行计量。
4.3 谐波电表的发展
现代技术水平已经研制出了谐波电表，能够专门对谐波的干扰进行准确的计量。该类电能表的是在单片机技术条件下研制而来的，采用多种先进的技术，使之具备了将谐波及基波转却区分，分别测量及计算的性能，并实现了对于各项电能的计量功能，包括实际消耗电能、基波有功电能、基波无功电能、总电能等。该类计量表的优势在于其能够避免由于电表内部零件失灵、机械运转、倾斜度扩大等因素引起的误差，但是目前还尚未形相对合理的收费系统，因此，该类谐波电表的推广应用并不十分广泛。
结束语
综上所述，本文通过对电力系统的谐波产生原因的分析，研究了在电力系统中，经常会用到的电子式电能表和感应式电能表在测量谐波时对电力计量的影响，得知不同的电力谐波会对电力计量的准确度产生不同的影响，所以只有分别计量负荷消耗的谐波电能与基波电能才是最合适的计量方式。
参考文献：
[1]曹惠敏.电力系统谐波对电能计量影响的研究[M].华北电力大学，2010.
[2]史训涛，蒋金良.谐波对感应式无功电能表的电能计量影响[J].电力系统及其自动化学报，2012（06）.
论文作者:张彦伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/6
标签：谐波论文; 基波论文; 电能论文; 电能表论文; 电力论文; 电流论文; 误差论文; 《电力设备》2017年第26期论文;