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摘要：随着大量非线性用电设备的接入使得电能质量不断降低，而电力用户对电能质量的要求不断提高，电力用户不仅关注供电系统的电压和频率，而且对供电系统谐波的关注也越来越多。电能计量作为电网经济核算的依据，其计量精度关系到电力供需双方的经济利益。因为它不仅关系着电力生产部门的运行安全，而且还直接或间接的联系着整个国计民生的经济效益和社会效益。因此，研究电力谐波对电能计算的影响十分必要。
关键词：电力谐波；电能计量；影响分析
一、谐波的产生及危害
1.1电力谐波的产生
在电能应用未普及之前，谐波主要产生于变压器的励磁电流和发电机中。随着电子设备的大量应用，电子元器件和设备成为谐波源。谐波主要由谐波电流源产生。通常情况下，正弦基波的电压用在非线性设备中时，设备中电流和通过的电压波形存在差别，从而使电流的波形产生变形，由于电网的联通性，谐波也随之加入到线路网络中，从而造成谐波源的产生。目前，根据类型可将谐波源为两类：①含半导体的非线性元件，如变流器、各种整流设备、交直流换流设备、PWM变频器等。②含电弧和铁磁等非线性设备的谐波源，如交流电弧炉及日光灯等
1.2谐波的危害
理想情况下，电力系统中所提供的电力应当具有单一而且固定的电压幅值，并且据此制定统一的电能计量和收费标准。但是随着电力系统中大量用电设备的出现，使得谐波电流和谐波电压不断增加，甚至对整个电力系统的正常运转都产生的了影响，严重情况下还会导致各种电力事故，因此受到了人们的广泛关注。经过近年来的调查发展，电力谐波的主要危害有以下几方面：第一，谐波的存在，会加快电力系统中各个电气元件和电能计量装置的谐波损耗，从而间接的降低电力系统的供、配电效率。尤其是当有一定数量的三次谐波同时流进某段电力线路时，会导致该段线路的瞬时电压急剧升高，导致线路过热发生熔断或火灾。第二，谐波除了增加各个电气设备的损耗外，还会附带产生不规律的机械震动和噪声，使得线路、元器件的连接部位出现松动，导致局部电力系统因接触不良而停运。第三，某些特殊电力系统中会按照继电保护或是自动装置，由于电力谐波的存在，会使得继电保护装置误动作，影响电能计量的准确性。
二、谐波对电能计量装置的误差影响
谐波会引起电能计量仪表产生电磁转矩，进而引起误差，使电能计量失准。
2.1电磁感应式电能表
通常感应式电能表是按照基波来设计的。但电流中除了基波还有谐波，在谐波的影响下，电能表电压线圈的阻抗和旋转圆盘阻抗发生变化，致使磁通量发生改变，进而导致转盘驱动力变化，从而产生误差。与此同时，电流传输中，基波和谐波是相互叠加存在于线路中，从而使得波形发生变化，而电能表的铁芯和线圈是非线性的，磁通量不能随波形的变化相应成线性变化。电路理论指出，平均功率只能在相同频率的电压和电流中产生。而谐波是属于非线性频率，经过电能表使磁通量变化不均，导致转盘转动无法和平均功率成一定比例。因此，电能表不能计量谐波的有功电能，从而产生误差。
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2.2全电子式电能表
全电子式电能表的CPU在进行数值计量时，能抓住不同频率电流电压的瞬间值进行计算，但这些电流电压必须是按正弦规律变化的。这种计算方法在理论上讲，可较准确地记录由基波和谐波共同作用下的总平均功率所产生的功耗值以及电量。但由于谐波电流的方向和负载电流的方向相反，谐波是从负载流向电网，所以电能表记录的数值是基波有功电能和谐波有功电能之和，如此记录下的数值要比负载消耗的基波电能小，这是全电子电能表存在的最大缺陷。除此之外，影响全电子式电能表准确度的因素仍有很多种，比如外界的温度、电压、电流、频率等，都会使全电子式电能表计算出的数据产生误差，还有一些设计上的因素，比如电能表的计算方法和电压电流交换组件的分散性等。
三、谐波对电能计量准确性的影响
3.1谐波对感应式电能表计量的影响
电能表计量常受波的畸变影响，这是电能表的频率特性决定的。电能表频响曲线是否平坦，对其在谐波功率下计数误差影响较大。所以，分析谐波对电能表计量的影响程度，应先进行频响的研究。
感应电能表在应用中，如果电路中的电流的频率发生变化，出现谐波等现象它就会产生误差。产生误差的原因主要有以下几点：（1）转盘的影响。电能表的转盘并不是纯粹的电阻，在其内部有感抗存在，频率变化时，其等效阻抗及阻抗角会随频率的变化而变化，当频率增大时，阻抗或阻抗角增大，电能表转盘变慢，当频率减小时，阻抗或阻抗角减小，电能表转盘变快。（2）出现谐波后，频率增大，磁通量反而减小，随后导致转盘的力矩变小，从而使转盘转动减慢，导致计量的失准。（3）出现谐波，电流频率增大，电压线圈磁通量随之减小，减小后导致转盘的力矩变小，从而导致转盘转动减慢，电能表计量误差负向变化。电流和电压磁通量变化给转盘力矩带来影响，使电能表产生误差，但当频率发生的变化较大时，该影响就会增高，占据更多的作用，因此谐波出现将对电能表产生一定的计量影响。
3.2谐波对电子式电能表计量的影响
电子式电能表计量电能是按照总体进行计算的，而电流在线路中不仅有基波还有谐波，按照总体计量的标准将基波和谐波都计算在内，但是谐波对于线性用户是有害的，也被计入在内，这就使电能表的电量计入增多。而非线性的用户可产生谐波，并将产生的谐波反馈到电网中，污染电网，这样电能表只是计量了基波，而来计入其产生的谐波，所以计量数据反而减小。目前的情况是电子电能表存在计量误差改进方法是：加前置低通滤波器，滤去谐波，只计量基波电能，对线性用户而言，该方法是有效的。但是对于非线性用户来说，却没有计量其产生的谐波电能，同样存在误差，应用仍不理想。
四、结语
综上所述，电网在运行过程中，谐波的存在是难以避免的，它的存在降低了电能计量的准确性，对电能用户和供电企业都造成了一定的损失。只有采用合理的电能计量方式，找准谐波源，分析出谐波量，这样才能有依据有针对的治理谐波，从而降低谐波污染。还可分清谐波责任，按照电能质量标准，做到谐波的奖罚管理。只有不断完善计量方法才能降低谐波对电能计量造成的不良影响，平衡好发电厂、电网、及电力用户三者的利益，促进我国电力事业的发展。
参考文献：
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作者简介：
刘婕妤（1989.5.9），女，辽宁沈阳人，汉族，大学本科，工程师，专工，研究方向：电能计量，国网辽宁省电力有限公司计量中心。
论文作者:刘婕妤1,张润丹1,张屹丹1,刘晓琳2
论文发表刊物:《河南电力》2018年8期
论文发表时间:2018/10/16
标签：谐波论文; 电能论文; 电能表论文; 基波论文; 电流论文; 转盘论文; 电压论文; 《河南电力》2018年8期论文;