改進電能計量方法在諧波存在時的應用

摘要：諧波對電力系統來說具有非常大的危害，會經常引起串聯和并聯諧振，造成過電壓或者過電流事故的發生，使電氣設備老化的速度增快，產生額外的能耗，增加電能計量的誤差。文章分析了諧波電能計量的影響，論述了諧波存在時的電能計量改進方法和應用。

關鍵詞：電力系統；諧波；電能計量方法；過電壓；過電流；電氣設備 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM714 文章編號：1009-2374（2015）35-0036-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.018

1 諧波對電能計量的影響分析

1.1 諧波概述

按照國際上電工的標準是這樣解釋諧波的含義的，諧波是在一個周期內的電器量正弦波分量，通常來說，諧波的頻率是基波頻率的整數倍。然后諧波和基波頻率間的整數比，叫做諧波次數。利用電網可以計算諧波的功率，如果很多的諧波進入電網以后，就會導致電能計量出現誤差。

1.2 諧波存在時的危害

諧波對電力系統來說是一個非常大的危害，會經常引起串聯和并聯諧振，就會造成過電壓或者是過電流事故的發生，這樣就會使電氣設備老化的速度增快，產生額外的能耗，還會導致增加電能計量的誤差，這樣會嚴重地損害通信設備信號的傳輸。諧波的危害，一方面會嚴重地影響到電力系統的安全運行；另一方面還會使國家的經濟狀況遭受巨大的損失。因此，一定要加大力量研究分析諧波存在時電能計量方法的改進方法，積極地解決現場運行的計量誤差，以此來提升電能計量的準確性。

1.3 諧波存在時對電能計量的影響

在諧波存在的時候，就會引起電能計量產生誤差。在電力負載上，諧波存在于基波電壓或者是基波電量的過程中，假如說基波電壓和電量始終不變，這時的電能表轉盤抵抗和電壓線圈阻抗而產生相應的影響就會引起一定的變化。但是，兩者之間阻抗對應的電流磁通量存在著一定的關系，如果阻抗發生變化的時候，這樣就會嚴重影響到電能表計量的準確性。

諧波存在的時候，電能表中反映的電能值用公式表示為：E′=C1E1+，這個公式中的基波電能值和h次諧波電能值用E1、Eh表示；同時按照實際的潮流方向的改變決定了它的符號的改變；電能表也可以體現出諧波和基波比例系數和h次諧波電能和基波比例系數用C1、Ch表示。

電能計量嚴重地受到諧波功率潮流方向的影響，并且與之有著非常重要的關系，如果電力用戶是非線性用戶的時候，在一定程度上就會污染到電網，在進行計量電能的過程中，電能表會有相應的誤差，這樣就會使實際繳納的電費比應繳納的電費少，讓國家的經濟受到嚴重的損失，但是如果電力用戶不是非線性用戶的時候，通常情況下，電能計量值都會比基波值大，這樣電力用戶就會交較多的電費。

1.4 諧波對電子式電能表的影響

針對電子式電能表來說，不同信號被測的波形不同所產生的響應也就不一樣，響應的誤差也存在著很大的區別，根據相關的調查結果，按照正弦函數的正交的特點，如果電流或者是電壓遠離正弦同時產生畸變的時候，此時的電能表就會相應地產生一系列的計量誤差，但是這個誤差是非常小的。如果電網中的電流和電壓都產生了畸變，電子式的電能表也會因為本身的頻帶較寬而可以對諧波功率進行準確的計量。

2 諧波存在時的電能計量改進方法及應用

對諧波存在對電量計量的影響來說，就是按照諧波原理和一些產生諧波的比較基本的因素進行制約，以此來提高計量的準確性。通常采用的方法就是改變諧波的負載的特性，使電網中注入量減少，這樣就可以在很大程度上提高電能計量的精確度，還可以降低諧波對電網的污染和危害。

2.1 頻域電能計量法

這種計量方法：第一，加窗離散化電流和電壓信號序列，降低頻譜的外泄，這樣就可以有效地防止其對諧波分析產生的影響；第二，對加窗后的諧波電流電壓序列進行離散傅里葉變換；第三，運用FFT的計算方法對頻域參數展開仔細的估計計算，然后從中獲得電流的信號、電壓的信號中的諧波分量品藍偏差、幅值和相位等等；第四，按照FFT的計算方法算出加窗以后的電流電壓頻域參數，然后運用下面的公式計算出各次諧波無功電能和有功電能：

通過相對應的仿真實驗，可以得到諧波存在時對電量計量影響的數據，其中包含了諧波電能計量仿真實驗和噪聲存在時仿真實驗等，同時也通過三角卷積窗方式完成基波電能的準確的計量，就可以實現實際電能計量的需求。

運用基波計量方法，能夠選擇基波計量電能表，進行現場的改造，就在進行計量回路的過程中也同樣地安裝一般的電子電能表和基波計量電能表。例如，一個廣東的企業就是在現場進行改造，使一年諧波負荷總和達到0.065MW，基波負荷10.325MW，諧波負荷和基波負荷之間的比為0.629%左右，這個企業一年用電量如果是95GWh，那么這個企業一年就可以挽回722MWh的電量，這樣就使這個企業提高了經濟效益。

2.2 帶加權系數的諧波有功計量法

帶加權系數的諧波有功計量法，其本質就是對基波電能和諧波電能進行分別計量的改進型計量方式，計算的公式為：

W=W1-Chops∑Whops+ChopP∑Whopp

式中：W1表示了基波電能；表示了正向諧波電能；表示反向諧波電能；表示正向諧波電能的加權系數（0<<1）；表示反向諧波電能的加權系數（>1）。

通過此計算方式，不僅可以補償在電力系統中受到諧波危害的線性負荷用戶，還可以合理地處理非線性負荷用戶引起的諧波電能，這樣就可以實現運用經濟手段降低諧波對電力系統影響的目標，保證了電能計量的準確性和公平性。這個方法非常適合諧波污染非常嚴重的系統，比如說發電站、大動力用戶以及三類用戶等。綜上所述，如果諧波存在時，電能表要及時地對計量基波電能，同時認真地分析諧波的影響程度，這樣就可以保證對基波電能計費有一定的折扣。通過這樣的方式，大的非線性用戶就會積極地運用非常有效的解決辦法以此來進行諧波的治理，這樣就會對線性負荷用戶進行一定的補償。

2.3 采用全電子式電能表

電子式的電能表有誤差主要就是因為點積算法造成的，因此，改進電能表的方式就是首先從計量算法開始，我們最開始就要仔細地檢測各次諧波含量，根據不同的諧波的類型進行制定出不同的解決方案。在利用電子式電能表的時候，其計量的方法是比較復雜的，所以這個時候就需要轉給技術操作人員進行操作，同時對生產成本來說也是比較高的，比較適合運用在大中型的工業企業中，這樣就可以減少諧波對計量準確性的影響。

電子式電能表的計量方法如下：W=C1W1-Cfin+Cfout。這個公式中，W1代表了負載消耗的基波電能；Wfint代表了吸收諧波電能；Wfout表示負載產生的諧波電能。通常都會把C1設定為1，如果Wfout比1大，這時就會發出諧波的電力用戶加以懲罰，當Wfin介于0～1的時候，這時就會補償給線性負載用戶。通過這種的計量方法，在很大程度上防止了計量不公的現象發生，同時再運用相應的經濟手段，就會嚴格地控制住電網中諧波的注

入量。

3 結語

在我國，越來越多的人使用電子產品，就會使大量的諧波注入到我國的電網系統之中，由于諧波存在時會嚴重地影響到電能的計量，就會使電能計量出現很大的誤差，所以這個時候就要及時地改變計量的方式，最為合理的諧波電能計量方式就是，能夠分別計算電力用戶基波電量和諧波電能，然后可以比較準確地了解計量用戶的關于電能的使用情況。因此，我們國家就一定要增強關于電網運行中的諧波影響的分析和研究，進而推動我國電力事業的快速發展。

參考文獻

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作者簡介：馮文霞（1980-），女，國網江西省電力公司景德鎮供電分公司高級技師，工程師，二級注冊計量師，研究方向：電能計量。

（責任編輯：周 瓊）