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
1、谐波的产生及危害
发电厂出来的正弦交流电通过非线性负载后大部分被负载消耗，但同时也会产生非正弦的周期信号，这个非正弦的周期信号可以通过傅里叶变换分解为直流分量C0和不同频率的正弦信号的线性叠加。
其中
为n次谐波的表达式，cn表示n次谐波的幅值，其角频率为nω，初始相位为φn.
当n=1时，
为基波的表达式，其余正弦分量为谐波分量，n越大谐波的幅值越小，所以我们通常只考虑低价谐波。
随着电力电子技术的发展，非线性负载越来越多，尤其是涉及晶闸管的负载，例如电气化铁路、轧钢机、节能灯等等。在电力生产运行中，由于用户的这些非线性负载对电网产生了严重的有害影响，除了电能直接转为热能的设备，一般用户是不能利用谐波的，这样谐波就极易造成电网波形的严重畸变还可能造成三相交流电的不平衡。使得电能利用率降低，以及产生其他的危害。
2、谐波功率流向
如图所示，线性负载为非谐波用户，产生谐波的非线性负载为谐波用户，把复杂的电网系统抽象简化为如图所示的模型。
通常发电厂输出的是比较标准的正弦交流电，设发电厂向电网注入的基波功率为P1F，
正弦有功：
功率三角形满足：
谐波源和非谐波源用户分别从电网中吸收的基波功率为P2F、P3F.
谐波有功：
功率三角形满足： 
D为畸变无功功率是由不同频率电压及电流分量之间产生的无功，
此畸变无功功率不仅不能被用电设备所利用，还会造成诸多危害。
由于谐波源用户的非线性特征，它会把部分基波电能转化为谐波电能，并回馈到电网中。因此会得出以下结论：
（1）非谐波用户即线性用户不仅受到谐波用户回馈过来的干扰谐波，而且在电能计量时还会多计，它的计量功率为P3F+P3H，感应式电能表计量的就是基波电能与谐波电能之和，因此造成“受害者”多付费的不合理现象。
（2）谐波制造者，它计量的功率是吸收的基波功率与谐波功率之差即为P2F-P2H，电子式电能表计量的是基波电能与部分谐波电能之差，它不仅是麻烦的“制造者”而且还少付费。
（3）如果这两个用户都是非线性用户即都制造谐波，电能表的计量情况较复杂，计量会因电路中谐波含量与负荷特性的不同而改变。
3、谐波对电能表计量的影响
3.1对感应式电能表的影响
传统的感应式电能表是针对工频设计的频带窄，结构简单、成本低、性能稳定。在对畸变波形的电量计量中，通过研究发现它的计量误差随着频率的增高而增大，当频率为1000Hz左右时，误差超过-90%。从谐波流动的方向来看，有谐波时对线性负载的计量结果是计量电能大于基波电能，对非线性负载计量结果是计量电能小于基波电能。从电磁感应式电能表的角度来看，在此装置中不仅存在基波还有谐波，谐波对于电能表的影响在于电压线圈的阻抗和旋转盘阻抗出现变化，从而导致磁通量出现变化，由此造成电能计量误差。
3.2电力谐波对于全电子式电能表计量的影响
在实际中，电力客户的用电负荷是随时变化的，电子式电能表是无法快速而精确的测量每个周期的电压、电流，以及它们之间的相位差值。对于电子式电能表，所引起的计量误差除了是由于A/D采样器的采样次数和转换精度的原因，电能计量装置中由于电压互感器、电流互感器自身的比差、角差、所产生的幅值误差、相位误差也有很大的影响。电能表在电能计量时，电力线路中电压和电流通过计量用的电压互感器、电流互感器后，根据电磁感应原理转换成二次电压、电流通过二次导线传入电能表，因此计量用电压互感器、电流互感器配备的准确度是否合适，其比差、角差是否合格，直接影响着计量结果的准确性，如果计量用电压互感器、电流互感器存在非线性特性，当畸变信号经过电压互感器、电流互感器时，互感器在各次谐波的影响下所转换成的二次电压、电流就发生了畸变。在这种情况下，计量误差就会加大，且与谐波次数呈正比。
4、减少谐波对计量的影响
4.1Ⅰ-Ⅲ类贸易结算用电能计量装置
应按计量点配置专用电压、电流互感器，或者专用二次绕组、专用TV、二次空气开关，二次回路不得接入与电能计量无关的设备。正在使用的电能计量装置也应逐步改造，不宜改造的，可采用专用二次绕组的配置方式，避免电压互感器二次回路过载、超差，同时也可避免其他专业人员在共用二次回路工作时，影响电能计量装置的准确性、安全性。专用配置后，可最大限度保证计量二次回路运行的可靠性、安全性。
4.2随着科学技术的发展，只计量基波功率的数字式电能表已逐渐普及应用，在一定程度上满足了准确计量的要求，较好的解决了线性负载用户的电能计量问题。但是对谐波含量的测量，以及谐波对电网和用户造成的损失计量仍然有许多问题需要探讨，不过现在采用FFT与小波变换的联合检测、利用神经网络的谐波检测、自适应谐波电流检测以及SVPWM算法、Prony算法等在谐波计量中已经取得了明显效果，提高了计量精度。
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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[3]曾博.双向互动电能计量模式下的谐波分析及应用研究[D]；湖南大学；2011.
论文作者:钟林,王瑶
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/19
标签：谐波论文; 电能论文; 基波论文; 用户论文; 电能表论文; 电网论文; 负载论文; 《电力设备》2017年第28期论文;