諧波對電能計量造成的影響和解決措施探究

國網宜昌供電公司客戶服務中心計量室 周婧姝

國網宜昌供電公司信息通信分公司 李 楊

諧波對電能計量造成的影響和解決措施探究

國網宜昌供電公司客戶服務中心計量室 周婧姝

國網宜昌供電公司信息通信分公司 李 楊

在電力系統中，電能計量工作可以為電費的收取提供參考依據，因此計量結果的準確性和可靠性關系著電力企業和電力用戶雙方的利益。而電力諧波的客觀存在性，對于電能計量工作造成了巨大的影響。本文對電力系統中的主要諧波源進行了分析，從計量方式和計量裝置兩個方面，討論了諧波對于電能計量的影響，并提出了相應的解決措施。

諧波；電能計量；影響；解決措施

前言

在電力電網中，非線性負載的增加會引發電力諧波問題，進而加速絕緣老化，引發附加線損，降低設備的工作效率，產生的危害不容忽視。不僅如此，電力諧波的存在，還會影響電能計量工作，損害電力企業和電力用戶的利益。在這種情況下，做好電力諧波的治理工作，保證電能計量的準確性，是非常必要的。

1 電力系統中的主要諧波源

對于交流電網而言，其有效分量是單一的工頻頻率，任何與該頻率不同的成分，實際上都能夠算是電力諧波，一般情況下，諧波是正弦電壓加壓于非線性負載，導致基波電流的畸變而產生的。諧波的存在，會對電力系統產生污染，不僅降低了電能的質量，而且會在一定程度上增加附加損耗，給電力系統的安全穩定運行帶來巨大威脅。因此，做好諧波源的分析，對于諧波的控制和治理而言是非常關鍵的。在傳統電網中，由于網絡架構簡單，諧波源一般只有變壓器，而且諧波電流極小，基本上不會對電力系統產生很大的影響。而伴隨著電力系統的飛速發展，電力電子設備取代變壓器成為了主要的諧波源，在其運行過程中，通常都會利用二極管，將交流電轉化為直流電，或者利用橋式整流器將直流電轉化為交流電，而在電子開關、工業整流設備中，存在著一些容量較大的濾波電容器，會導致二極管導通角變小，必須在交流電壓正弦波最大值附近才可以實現導通，使得交流輸入的電流波出現了嚴重畸形的情況，三次諧波甚至會在基波上形成窄尖峰脈沖，降低線路的功率因數。在現代電網中，變壓器、電抗器、整流器等都是諧波的主要來源[1]。

2 諧波對于電能計量的影響

2.1 諧波功率計算

在電網中，諧波的存在會引發諧波電壓和諧波電流，從而產生諧波功率，相應的計算公式為：

其中，Un表示n次諧波電壓，In表示n次諧波電流，表示n次諧波的功率因數。

結合電力用戶的性質，對于電網而言，諧波存在正負之分，如果用戶本身產生諧波，并且向電網輸入，則為負值，如果用戶吸收諧波，則為正值。負值諧波會導致電網負荷的增大，損害電力企業的經濟效益，正值諧波則會導致用戶用電量的增加，造成用戶的經濟損失[2]。

2.2 諧波的影響

諧波對于電能計量的影響主要體現在兩個方面，一是電能計量裝置，或者說電能表，二是電能計量方式，這里對其進行分別討論。

（1）對計量裝置的影響：這里主要針對比較常見的電子式電能表進行分析。與常規的感應式電能表相比，電子式電能表在功能上更加豐富，操作和維護簡單，而且計量準確度更好。其基本的工作原理，是通過對用戶端電壓和電流的實時采樣，通過相應的集成電路，對采樣得到領的電壓和電流信號進行轉換，形成脈沖輸出顯示，顯示的數值與電能呈正比關系。而在對相關數值進行計算的過程中，通過對不同頻率的采樣分析，處理終端能夠依照正弦規律變化的電壓與電流瞬時值，計算出與實際相符的結果，保證了帶能和計量的準確性[3]。如果單純從理論層面分析，上述計量方式能夠實現對于電路負載中基波與諧波總平均功率值以及實際用電量的可靠記錄，基本上可以將誤差控制在允許范圍內。不過，電子式電能表在實際應用中，會將基波功率和諧波功率放在同等的位置進行分析和計算，從而導致了計算誤差的增大。與之相比，智能電能表本身的智能化特點能夠及時發現計量結果中存在的誤差，做出相應的校正，能夠在很大程度上削弱諧波的影響，因此這里不作分析和討論。

（2）對計量方式的影響：一直以來，電力系統中采用的都是全能量計量的方式，而由于技術條件、電網規模、用戶性質等的影響，諧波基本上不會造成嚴重影響，因此在電能計量環節可以忽略諧波的存在。不過，科學技術的進步，使得越來越多的電器設備開始走入人們的日常生活，諧波源呈現出不斷增長的趨勢，加上電網逐漸實現了全面覆蓋，整體結構越發復雜，諧波的影響也在持續擴大。諧波對于電能計量方式的影響主要體現在幾個方面，首先，在非正弦供電的線性荷載中，采用全能量計量的方式，得到的數值同時包含了基波電能以及部分諧波電能，導致了用戶用電量的增加；其次，在電網中，非線性負荷會產生相應的諧波功率，其中的一部分會輸入到電網中，在這種情況下，電能計量得到的數值實際上是用戶的用電量減去輸入到電網中的諧波功率，較實際偏小，損害了電力企業的利益；然后，當負載非線性，電源畸變時，負荷不僅會吸收基波與諧波，還會使得諧波倒流回電網，使得電能計量變得更加復雜[4]。

3 應對諧波影響的有效措施

針對上述問題，該如何才能有效也能夠對諧波的影響，提升電能計量的準確性和可靠性呢？結合電力企業的經驗，可以從技術和管理兩個方面著手：

3.1 技術措施

一方面，應該在現有的技術條件下，對電能計量方式進行改進，盡可能實現波電能與諧波電能的分別計量，消除諧波所帶來的不良影響；另一方面，應該對計量裝置進行優化和改進，提升計量結果的準確性和可靠性。例如，可以結合分頻技術，針對電子式電能表進行相應的改進和優化處理，強化其對于諧波的辨識能力，使得其可以在電能計量中，準確分辨諧波帶能和基波電能，甚至對諧波電能的大小以及傳遞方向進行計量，減少乃至消除諧波對于電能計量準確性的干擾和影響。

3.2 管理措施

一是強化系統準入管理，如果非線性負荷進入電網中，必須重點關注，嚴格對待，落實諧波的低含量，確保其不會超出國家規定的標準范圍；二是構建完善的諧波管理體系和諧波管理隊伍，重視宣傳工作，使得電力企業和電力用戶都能夠參與到諧波的治理中，對諧波源進行有效控制，減少電網污染；三是應該做好電網分析和測量，對諧波源的位置和產生原因進行明確，為諧波的治理奠定良好的基礎。對于嚴重的諧波源，需要做好跟蹤管理，對相關數據進行收集，如果發現用戶設備產生的諧波超出了相關規范的允許值，則應該要求用戶進行整改；四是應該完善報裝審批工作，針對新入網用戶進行負荷特性的分析和審查，如果是非線性負荷，則需要做好測量工作，在超標的情況下不允許其并網運行[5]。

4 結語

總而言之，在電力系統中，諧波是客觀存在的，并不能完全消除，其不僅會導致電網的污染，而且會影響電能計量的準確性，損害電力企業和電力用戶雙方的利益。對此，電力技術人員必須強化認識，分析電力系統的諧波源，了解諧波產生的原因及其對于電能計量的影響原理，采取切實可行的技術措施和管理措施，做好諧波的治理工作，提升電能質量，保證電能計量的準確性和可靠性。

[1]李璨．電力系統諧波對電能計量裝置的影響分析[J]．電氣技術,2014,(8):65-67．

[2]馮海清．關于諧波對電能計量的影響及解決措施的分析[D]．山東大學,2015．

[3]劉座銘,呂項羽,常學飛,張宗寶．電力諧波對電能計量的影響及治理措施[J]．吉林電力,2013,41(2):32-34．

[4]程志強．諧波對電能計量的影響[J]．數字技術與應用,2011,(11): 215-216．

[5]王楨．電網諧波對電能計量的影響[J]．低壓電器,2012,(22):40-45．