電力計量中諧波的影響及防范

舒世鈺+陳星

【摘 要】 電能計量的精準性直接關系著電力企業工作效率及綜合效率的提高，但受諧波的影響，電能的采集及計量結果與真實數據會存在一定的偏差，因此，探究諧波對電能計量的影響以及針對影響進行有效性的防范對電力企業而言具有重要的意義。文章在簡要概述諧波對電力計量產生影響的基礎上，分析了電力計量過程中諧波防范的必要性，并提出了具體的防范措施，具有一定的實踐參考價值。

【關鍵詞】 電力計量 諧波 電能表

電力計量的精準度與科學性直接影響著電能發、供、用三方的經濟效益及交易公平性，如何提高電力計量精準度是一個值得深入研究的課題。電力計量裝置主要有互感器、電能表、二次回路等組成，其中電能表的精準度直接決定著電能數據綜合誤差的大小。因此，對電能表計量精準程度的研究是電力計量研究的主要切入點。目前普通應用于電力系統的電能表主要有感應式計量表和電子式電能表兩種，筆者主要基于諧波對電能表計量的影響，提出電力計量諧波防范的必要性及具體的策略。

1 諧波對電力計量的影響

諧波對電力計量的影響主要表現于對電能表計量的影響，諧波影響下的基波電能與諧波電能的大小將影響電能表的準確性。

1.1 諧波對感應式電能表的影響

感應式電能表的最佳工作頻率為電網額定頻率，而且電壓、電流的波形必須為正弦波形，如果電壓、電流出現波形畸變，就會影響電能表的精確度。在基波電流與基波電壓保持不變的情況下，電壓與電流中含有諧波分量，會使電能表電壓線圈的阻抗以及轉盤阻抗發生變化，影響電壓、電流的工作磁通，進而影響到電能表的測量精度。在感應式電能表中含有鐵心，具有非線性的特性，電壓、電流波形的畸變會使鐵心出現飽和，磁通不能呈現線性變化。由于同頻率的電壓、電流才能產生有效的功率，而且同頻率的電壓、電流的磁通才能產生有效轉矩，在波形畸變的影響下，功率與轉矩不成比例產生誤差。

1.2 諧波對電子式電能表的影響

電子式電能表在測量不同的信號時有不同的響應，測量的誤差也不同。相關研究數據表明，當測量信號的電壓、電流分量中，其中一個信號含有諧波出現畸變時，電子式電能表會出現測量誤差，而且誤差的大小與畸變程度呈正比。但從整體表現效果來看，目前使用的電子式電能表比較于感應式而言誤差還是要小很多，因此，為了保證電力計量的準確，應優先選用電子式電能表。

2 電力計量諧波防范的具體措施

電力的精準測算不僅關系著供電方及用戶的實際利益，還涉及了多個電力技術指標，直接影響著電力系統的安全、穩定運行，因此，需要采取各項措施對電力計量過程中的諧波加以防范和治理。

2.1 預防性措施

為了避免諧波對電力計量產生影響，首先應減少注入電網的諧波，采取預防性措施避免諧波源產生諧波，針對非線性負載，改變其工作方式，減少諧波的注入。（1）在發電機、變壓器以及電容器等供電設備的設計及制造過程中，通過一些措施減少諧波。例如，變壓器繞組的巧妙連接可消除3次及其整數倍的諧波。（2）通過整流器脈動數的增加或可控硅的應用限制諧波源。諧波含量與脈動次數有關，當脈動數增加時，諧波含量與諧波次數成反比，次數較低、幅度較高的諧波消除后，電能質量提高。（3）使用全控型元器件，利用PWM技術減少整流器在變流過程中的諧波。

預防性措施可以從源頭避免諧波對電力計量的影響，但此方法更適用于電子式電能計量裝置，相應增加了一定的應用成本，經濟性較為欠缺。

2.2 補償性措施

如上文所述，預防性措施在一定程度上會增加電力計量過程中諧波預防和治理的成本，適用條件會受到限制，因此，還需采用補償性的被動式預防措施，主要途徑是通過諧波源處就近安裝濾波器來減少諧波。從理論上來看，濾波器調諧到某頻率時，該濾波器的阻抗為0，所以將該次諧波全部吸收，但在實踐過程中根據條件及濾波裝置的不同，諧波消除效果會有所區別。濾波裝置主要分為無源濾波裝置、有源濾波裝置以及混合型濾波裝置，在實際應用中需根據現場情況進行選擇。無源濾波器結構較為簡單，成本也較低，對于部分次數的諧波吸收效果良好。不過無源濾波器對于偏離調諧點的諧波吸收效果不佳，并且在諧波電流過大時無源濾波器可能過載導致設備損害。另外，若電力系統阻抗和頻率變化，可能導致產生諧振。因此，隨著智能控制技術的發展，濾波器也在進步，在無源濾波器不能滿足電能質量要求時，目前多采用有源電力濾波器來預防諧波。與無源濾波器被動抑制諧波有所區別，有源濾波器主要采用主動輸出補償電流來抑制諧波，這使得有源濾波器具有諸多優點，例如使用靈活，能夠對各次諧波包括指定次數的諧波進行補償；補償速度快，對于幅值以及頻率都在變化的諧波也能夠補償，并且補償效果與電網的阻抗、頻率無關；在電網諧波較大時，依然能夠工作在額定容量內。

2.3 管理性措施

對于電力計量過程中，除了采用以上預防性及補償性的技術措施，還需要加強諧波預防及治理的管理。

（1）充分認識諧波對電力計量的影響，建立健全諧波管理體系，組織專業管理隊伍進行諧波的預防與治理。

（2）加強電力計量過程中諧波預防相關標準及相應規范的宣貫工作，要充分認識到諧波的預防與治理不只是供電企業的責任，而是電力企業和用戶的共同責任，減少電網污染，提高電能質量對雙方都有較大的潛在利益，是一項互惠互利、節能增效，保證電網和設備安全穩定運行的舉措。

（3）對所轄電網進行系統分析，正確測量，以確定諧波源位置和產生的原因，為諧波治理準備充分的原始資料。對于產生諧波較大的地方，可設置長期觀察點，收集可靠的數據，評估電力用戶的用電設備是否產生了超標的諧波污染。

（4）嚴格新建、擴建、改建的報裝審批手續，對新上用戶設備的負荷特性進行嚴格審查，非線性負荷用電設備接入電網前要進行電能質量評估，試運行期間要進行電能質量實測，如實測超標，則不允許其并網運行。

（5）已投產用戶遺留的諧波污染問題，按照“誰污染、誰治理”的原則進行處理，在大容量非線性用戶入網側加裝諧波監測裝置，對不履行供用電協議的用戶可停止供電，對電網及其他用戶造成電能質量不合格的諧波源由用戶負責賠償。

3 結語

從文章的分析可以看出，諧波對電力計量中的影響是非常明顯的，然而諧波的預防及治理又是一個系統性、綜合性的過程，需要根據實際情況基于技術的經濟性、可行性及有效性考慮，選擇合適的諧波預防及治理方案。

參考文獻：

[1]吳培錦.淺析諧波對電能質量的危害及其治理措施[J].機電信息，2015，（24）.