摘要：电能是我国国民经济和人民生活的重要能源，电能的数据计量直接影响到电力企业和电力用户的经济利益，因此电能表电能计量的准确性及合理性显得尤为重要。但由于电力系统谐波的存在，在一定程度上影响到了电能数据计量的准确性及合理性，并且这种影响不仅会损害电力企业和电力用户的经济利益，还会影响到电力企业的各项工作顺利完成。本文就工作经验对电力系统谐波对电子式电能表计量的影响进行分析。
关键词：电能表计量；电力系统；谐波分析
技术背景概述
在现代工业中，电力系统的波形畸变两个主要原因：一是RL元件的非线性；二是大量使用电力电子装置也会带来波的畸变。我们将正弦电压施加在非线性电路时，电流就变为非正弦波，在非正弦波的作用下，电压波形也会随之变成非正弦。而谐波会使供电电压波形畸变，劣化电网公共连接点（PCC）供电质量。同时，谐波电流进入电网后有发生谐振的潜在危险，谐振的后果将出现大范围、大幅度的过电压、过电流问题进一步威胁电力系统的安全运行，并且还造成对非线性负荷自身利益的损害[1]。
1、电能表的种类及原理
电力谐波对电能计量数据的影响，就是指当谐波电压与电流同时存在的情况下，电能表能不能分别开测算出所有通过电能表的有功电能。
1.1感应系电能表
感应系电能表是指以感应系测量机构的圆盘旋转方式工作的电能表，主要测量交流电能。感应系电能表在运行的时候，可以产生特定的频率，这个频率可以作为研究形畸波对电能计量数据时所产生影响凭证。只有在感应系电能表在电压电流为正弦波或频率范围较窄的环境下，才能保持最佳工作状态，其准确性才能达到最高。但当感应系电能表的电压电流谐波偏离正弦波时，其准确性也随之降低。随着电压电流谐波不断增大，误差也在随之增大，最终导致电能表无法测量出准确的电能。
1.2 电子式电能表
电子式电能表是通过对用户供电电压和电流实时采样，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并相乘转换成与电能成正比的脉冲输出显示。电子式电能表会根据测得的信号波形的变化而产生不同的响应，所以其电能计量数据的误差也有一定程度的差异。依据正函数所具有的正交性，当构成电能表中功率的电压或者电流的信号产生畸变时，就会使电子式电能表产生计量误差，但是这种误差比较小，所以基本可以忽略不计。但是，在用电子式电能表测量电压时，其电网中的电压和电流都需要通过测量，并用互感器将其转化成较弱的信号后才可以进入电能表，所以，互感器的准确度，对电子式电能表计量数据的准确度有较大的影响[2]。
2、电力系统谐波对电能计量数据合理性的影响
正常情况下，通过电能表计量的电能都可以计入基波电能和各次电力系统谐波电能的总和。当各次电力系统谐波电能因为所带负荷不同，产生谐波的方向也都互不相同。目前，我国的电力企业希望电力用户能够使用基波电流，这样电网系统就可以采用基波电压，以此来有效的降低对线性负荷电力用户的影响，这也是广大电力用户的希望[3]。因为我国目前电力用户用电情况以非线性电力负荷为主，而非线性电力负荷的谐波电流是流向电网方向的。由于电能表计量的方式是通过电力用户将基波电能减掉电力谐波电能，若是基波电能的计量变少了，会直接影响到有功功率的计算。当电力系统的谐波输出为正弦波时，此时线性负荷的电压以及电流产生的信号也同是正弦波，那么，电力用户就只会消耗基波电流的有功功率；而非线性负荷的电压如果是正弦波，那此时运行的电流就会畸变，因为只且仅有当同频率的电压和电流积分时，有功功率才不会为零。而电力系统中电源发生畸变的时，基波电流的有功功率不断被电力谐波以及线性负荷消耗，这就会导致实际消耗的有功功率大于或小于电能表计量出的有功功率，给数据统计的结果造成不合理性。
3、电力系统谐波在电能计量时的影响因素
电力系统谐波在电能计量时的影响因素众多，本文就几种常见的影响因素进行分析探讨。
3.1电力系统谐波在感应系电能表中的影响因素
感应系电能表的原理是根据基波情况来区分的，如果负载端电压和电流不变正常运行时，频率突然发生变化，这时其内部电压线圈阻抗随之发生变化，同时电压的工作磁通、转盘阻抗、电流磁通也都发生变化，最终导致感应系电能表电能计量出现误差。
3.2谐波造成波形畸变对计量的影响因素
电力系统中如果出现谐波分量，那么谐波与基波就会相互叠加，这时波形就会畸变。从电能表的工作原理我们可以知道，有且仅有同频率的电压和电流产生相互作用时，电力系统才会产生平均功率，而电能表也只有在同频率的电压和电流所产生的磁通之间，发生了相互作用才可以产生转矩。
电子式电能表主要分为四个部分，分别是：输入部分、乘法功能、积分功能和输出功能，下图所示为电子式电能表的原理框图。
电子式电能表的原理框图
其中电子式电能表的输入信号来自两种回路：电流输入回路和电压输入回路。
（1）电流输入回路普通单相电子式电能表常直接通过分流电阻变换为电压，但此电阻要求有较小的温度系数。从而使电阻上的电压降与流过的负荷电流成正比。有的采用表内互感器，将大电流变换为乘法器适用的小电流，有的再将其变换为电压。
（2）电压输入回路电压回路多经过精密电阻分压或通过电压互感器变换为与被测电压成正比的低电压，输出至乘法器。
4、解决电力谐波对电能计量数据影响的措施
4.1 全能量电能计量法
全能量的电能计算方法，主要是计量电能数据的有功功率，这个方式非常适用于电子式电能表，能够有效的降低由电能计量时产生的误差。但是，在对电力谐波的用电用户进行计量有功电能的时候，使用线性负荷的用户电费会因此增加，相反地，使用非线性负荷的用户电费会降低，因此这个方法只适用于一部分电力谐波小且影响力比较弱的电力系统。
4.2 基波电能计量法
基波电能计量法，就是以线性负荷用户为主，并且能够实现有效避免线性负荷用户因为店里谐波而多缴纳电费的情况。有一部分受电力谐波影响的电力系统，电能计量在电能表的电压和电流作用下，在回路中产生滤波，这种情况下，有功功率基本上都属于基波电流的有功功率。因此，基波电能计量法可以有效的避免电力谐波对电能计量的影响。
4.3 带加权系数电力谐波有功功率计量法
带加权系数电力谐波有功功率计量法是以基波电能计量法为原理，结合各种影响因素的比例进行加权而产生的一种电能计量方法，目前还处于初步试用阶段，但是此方法计量出的电能数据可以真实准确的反应出基波电能与谐波电能，此种计量方式适用于部分大中型的电力用户以及电力谐波污染较为严重的电力系统中[4]。
5、结论
本文就当前我国电力系统中电能计量数据的准确性与合理性进行研究，并根据影响的几种原因进行分析。通过以上分析，对电力系统谐波对电子式电能表计量的影响有了一定程度的了解，对今后的工作有重要的作用。
参考文献：
[1]邱陶歆.电力谐波对电能计量的影响研究[D].华南理工大学，201
[2]郑春强.谐波对电能计量的影响[D].山东大学，2008.
[3]曹惠敏.电力系统谐波对电能计量影响的研究[D].华北电力大学（河北），2010.
[4]王永辉，苏红梅，史轮，等.电力系统谐波对电能计量的影响[J].河北电力技术，2009（02）：1-3.
论文作者:刘宪娟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/22
标签：谐波论文; 电能论文; 电能表论文; 电流论文; 基波论文; 电压论文; 电力系统论文; 《防护工程》2018年第33期论文;