關(guān)于諧波對電能計量影響分析

陳芳

摘 要：電能計量裝置是電力行業(yè)統(tǒng)計經(jīng)濟(jì)效益時的重要數(shù)據(jù)來源，而電力系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波會影響電能計量的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致統(tǒng)計結(jié)果的不準(zhǔn)確，從而造成利益結(jié)算和管理決策上的失誤，最終降低電力行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，研究分析諧波對電能計量的影響具有現(xiàn)實(shí)意義。文章首先對諧波產(chǎn)生的原因和危害進(jìn)行了分析，然后從計量方式和裝置兩方面闡述了諧波對電能計量的影響，最后針對性地提出了降低諧波影響的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：諧波；電能計量；影響；改進(jìn)措施

作為現(xiàn)代社會的重要能源，電能與工業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活聯(lián)系最為緊密，其質(zhì)量的好壞關(guān)系到整個社會的發(fā)展，電力系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波會影響電能的生產(chǎn)、輸送和使用等方面，造成電能效率的降低。而且諧波會引發(fā)串聯(lián)、并聯(lián)諧振，導(dǎo)致繼電器損害。電能計量裝置準(zhǔn)確性降低，電力企業(yè)和用戶無法獲取真實(shí)用電信息，造成電能整體損耗量增加，影響最終的經(jīng)濟(jì)效益。因此，研究諧波對電能計量的影響，針對具體問題分析解決辦法，對于電力行業(yè)的發(fā)展意義重大。

1 諧波產(chǎn)生原因及危害

諧波產(chǎn)生的根源在于諧波電流源，傳統(tǒng)電網(wǎng)中諧波源為變壓器和發(fā)電機(jī)，現(xiàn)階段多為電網(wǎng)用電子元件設(shè)備。由于非線性電子設(shè)備中正弦電壓的使用，設(shè)備電流與電壓存在波動類型差異，電流波形發(fā)生變化，諧波聯(lián)通入電網(wǎng)中，形成諧波源。諧波對與電動機(jī)、變壓器及其他電子元器件的影響巨大，其具體危害如下：

（1）影響旋轉(zhuǎn)式電動機(jī)工作：由于旋轉(zhuǎn)式電動機(jī)基波頻率低于諧波頻率，在諧波入侵的情況下所引起的電動機(jī)渦流作用等，會導(dǎo)致電動機(jī)能耗的增加，同時造成鐵損等不良現(xiàn)象。（2）危害電力變壓器安全：變壓器正常工作時產(chǎn)生的諧波極小，對于儀器的正常運(yùn)行無太大影響。但當(dāng)變壓器啟動瞬間，其設(shè)備中的諧波瞬時量巨大，可能為額定電流的數(shù)倍，雖然持續(xù)時間較短，但過大的電流會降低設(shè)備使用壽命，甚至造成設(shè)備的損壞。（3）影響電力電容器工作：作為常用電子元器件，電容器由于結(jié)構(gòu)的特殊性，極易受到諧波的影響。電容器設(shè)備運(yùn)行主要依靠元件的充電、放電，該過程中諧波產(chǎn)生的可能性很大，影響電容器的正常工作。（4）干擾通信線路的使用：諧波對于通信線路的干擾主要表現(xiàn)在電磁感性、電氣傳導(dǎo)等現(xiàn)象中。在載波通信時，諧波混入通信線路，會影響通信聲音的清晰程度，影響通信質(zhì)量。

2 諧波對電能計量的影響

2.1 諧波對電能計量方式的影響

傳統(tǒng)電能計量工作中主要以全能量計量為標(biāo)準(zhǔn)，由于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的規(guī)模較小且相關(guān)技術(shù)不到位，產(chǎn)生的諧波電流量小，不足以影響到電能計量工作的準(zhǔn)確性。因此傳統(tǒng)模式中采取全能量計量方式即可滿足電網(wǎng)計量方面的需求。然而，當(dāng)今電力行業(yè)迅猛發(fā)展，電力技術(shù)日益更新，并且廣泛應(yīng)用于電力、工業(yè)領(lǐng)域之中，電力系統(tǒng)的復(fù)雜性導(dǎo)致諧波產(chǎn)生幾率和幅度增大，從而對于電力系統(tǒng)各設(shè)備及線路造成了極大的隱患和影響，因此現(xiàn)階段電能計量過程中必須考慮到諧波的影響。傳統(tǒng)電能計量時包含了基波和諧波二者消耗的總電能，因此在當(dāng)前復(fù)雜電網(wǎng)條件下局限性很大：（1）線性負(fù)荷時，供電基波非正弦波形，計量的電能表讀數(shù)為諧波和基波電能總和，導(dǎo)致計量示數(shù)過大，用戶承擔(dān)費(fèi)用增加，同時諧波會影響相關(guān)電力設(shè)備的正常運(yùn)行。（2）非線性負(fù)荷時，諧波的產(chǎn)生會導(dǎo)致部分電能回流至電網(wǎng)中，造成電能表計量示數(shù)的減小，這樣不僅使用戶應(yīng)交費(fèi)用減少，影響電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且電能的回流會對電網(wǎng)造成持續(xù)損害，影響電網(wǎng)壽命。（3）當(dāng)負(fù)載電源畸變情況發(fā)生時，會同時引發(fā)上述兩種情況，進(jìn)一步影響電影能計量，危害電網(wǎng)。綜上所述，諧波的存在對于電能計量方式的影響很大，無論是損害用戶利益還是影響電力企業(yè)效益，都會影響電力行業(yè)的進(jìn)步。因此必須改進(jìn)全能量電能計量方式，充分考慮到諧波對其造成的不良影響，從技術(shù)和管理雙層面上進(jìn)行調(diào)整，保證電能計量的準(zhǔn)確性。

2.2 諧波對電能計量裝置的影響

2.2.1 感應(yīng)式電能表。現(xiàn)現(xiàn)階段我國絕大多數(shù)地區(qū)還是采用感應(yīng)式電能表進(jìn)行電能的計量。感應(yīng)式電能表的設(shè)計依據(jù)為通過計量基波頻率來顯示電能使用情況，該裝置最大的特點(diǎn)在于靈敏度高。但是感應(yīng)式電能表會受到諧波的影響而降低其計量的準(zhǔn)確度。當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)電流、電壓正弦波形發(fā)生畸變時，其頻率特征會影響電能表的計量精度，當(dāng)感應(yīng)式電能表頻率響應(yīng)曲線較陡時，電能計量誤差較大。只有當(dāng)電流和電壓波形均為正弦波時，感應(yīng)式電能表才能在這個狹窄工作頻率范圍內(nèi)達(dá)到最佳工作狀態(tài)，一旦畸變現(xiàn)象發(fā)生，電能表則無法準(zhǔn)確計量，且諧波頻率幅度越大，電能計量誤差越大。因此，使用感應(yīng)式電能表時，必須整體提升電能質(zhì)量，盡量保持正弦電流電壓狀態(tài)并在工作頻率附近運(yùn)行，保證最佳的計量效果。

2.2.2 電子式電能表。電電子式電能表以數(shù)字功率表為基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)方面大致由輸入級、分頻計數(shù)、乘法器和V/f四部分組成，其特點(diǎn)在于該電能表功能齊全，具有較高的準(zhǔn)確度且用法簡便，必將成為將來電網(wǎng)發(fā)展中的主要計量裝置。電子式電能表各部分作用相輔相成，融為一體。輸入級承擔(dān)著電壓電流轉(zhuǎn)換的功能，其利用電壓電流互感器將電網(wǎng)內(nèi)信號轉(zhuǎn)化為便于計量的小型信號，并將信號傳遞至乘法器；而乘法器接收信號后，將模擬信號轉(zhuǎn)化為乘積形式，然后輸送至V/f部分，經(jīng)轉(zhuǎn)化電路變?yōu)槊}沖數(shù)字信號，最后進(jìn)行計數(shù)，完成電能的測量。相比感應(yīng)式電能表，電子式電能表的優(yōu)勢在于頻率曲線的穩(wěn)定和衰減程度較弱，該類電能表對于諧波和基波響應(yīng)基本相同，加上其寬頻帶特征，能夠精確計量基波電能和諧波電能。但是電子式電能表難以區(qū)分開諧波和基波，其進(jìn)行電能計量時所得結(jié)果一般偏大。

3 降低諧波對電能計量影響措施

諧諧波對于電能計量的影響主要表現(xiàn)在電能計量方式和電能計量裝置兩方面，因此要降低諧波的影響程度就必須從這兩方面著手，改進(jìn)計量方式和裝置，提高電能計量的準(zhǔn)確性。

3.1 改進(jìn)計量方式

現(xiàn)現(xiàn)階段電力行業(yè)系統(tǒng)中主要計量方式為全能量計量方式，這種方式存在較大的弊端，因此首先要對該計量方式進(jìn)行改進(jìn)，應(yīng)采取對基波電能和用戶吸收、發(fā)出諧波電能分別計量的方式。這樣不僅考慮到了線性負(fù)荷時，諧波吸收電能造成用戶費(fèi)用增加的現(xiàn)象，而且消除了非線性負(fù)荷時，諧波產(chǎn)出電能引起電力企業(yè)利益受損的現(xiàn)象，雙方面保障了電能計量結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，提升了用戶的信任度和電力行業(yè)的潛力。

3.2 改進(jìn)計量裝置

目前絕大多數(shù)用戶的負(fù)荷屬非線性，改進(jìn)計量裝置的關(guān)鍵在于消除諧波產(chǎn)生回流至電網(wǎng)內(nèi)部的電能，只有對該部分進(jìn)行精確計量并加以處理才能夠達(dá)到準(zhǔn)確計量電能的目的。為此，我們可以采取諧波源判定識別技術(shù)進(jìn)行計量裝置的改進(jìn)工作，通過仔細(xì)甄別檢測，找出諧波源加以抑制和監(jiān)管，準(zhǔn)確計量用戶向電網(wǎng)發(fā)出的諧波功率，再進(jìn)一步考慮影響因子，提高電能計量的準(zhǔn)確性。而對于部分沖擊載荷，則需提高計量裝置的頻率局部應(yīng)變能力，確保該情況下能如實(shí)反映用戶的電能消耗量。

4 結(jié)束語

在在電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中，電能計量占據(jù)著重要地位，其精確程度直接影響發(fā)電方、供電方和用戶三者間的利益關(guān)系和交易的公平性。而目前我國部分地區(qū)的電力計量方式和裝置相對落后，無法有效預(yù)防和避免諧波對電能計量的影響，使得電力企業(yè)效益蒙受損失。因此電力行業(yè)必須針對諧波對于電能計量的具體影響，進(jìn)行更為細(xì)致、更為有效地計量方式和裝置的改進(jìn)和研究，只有如此，電力行業(yè)才能在電能計量方面得到強(qiáng)有力的支撐和推進(jìn)。

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