諧波對智能電能表的影響

劉麗麗?李鐵

摘要：智能電能表主要由測量單元、數據處理單元以及通信單元三個部分構成，對電量使用情況可以進行實時監控以及數據處理。在電網供電過程中，因各種因素影響，難免會產生諧波干擾，使智能電能表失真。因而，如何改進技術水平，有效削弱諧波對電力計量設備的影響成為電力企業的首要發展任務。本文將對電力諧波起因及測量進行簡述，分析諧波對智能電能表的影響，旨在為相關工作提供一定參考意見。

關鍵詞：智能電能表；諧波干擾；諧波電能表

一、電力諧波的起因

（一）產生電力電源質量不高

由于生產過程中的偏差，發電機的三相繞組無法達到百分百的對稱，導致鐵芯出現不均勻的情況，加之，受電力供應過程環境的干擾，諧波的產生在所難免。但是，總體來講，發電諧波所占比重并不是很大。

（二）輸電系統產生的諧波

輸配電諧波主要是由變壓器鐵芯飽和導致的。當變壓器鐵芯飽和時，磁化曲線呈非線性特征。同時，為了減少供電成本，變壓器的工作磁密往往會在磁化曲線的飽和區域內，導致非平滑線性磁化電流的產生，從而出現奇次諧波。鐵芯的飽和與諧波電流呈正相關的關系，諧波電流隨著鐵芯飽和度的增大而增強。

（三）用電設備產生的諧波

晶體閘管整流設備是產生諧波的主要因素。 晶體閘管的應用領域比較廣泛，涉略電力機車、充電設施、開關裝置等行業，這為電網諧波提供了潛在誘因。對于單相整流設備來說，當負載為感性負載時，則會產生諧波電流，同時，第三次諧波大約是高達基波的3/110左右；當負載為容性負載時，則會產生諧波電壓，且諧波電壓的大小與電容正相關。根據經驗得出，整流設備產生的諧波大約為電力諧波總量的40%，其所占比重最大。

二、諧波的測量

想要研究諧波的產生，控制諧波的電能表的影響，就必須要對諧波進行測量。只有實現諧波可測，才能對其進行實時監控與監測，從而分析諧波含量以及發展趨勢，得出電壓與電流的幅值、相位以及電量等相關數據參數，為諧波治理提供理論依據。另外，諧波本身具有非線性特征，而諧波的起因相對比較復雜，具有不確定性，因而，如何提高諧波測量的可靠性顯得尤為重要。就目前而言，模擬帶通與帶阻濾波器測量、傅里葉變換測量、瞬時無功測量、神經網絡測量以及小波法測量等測量方式的應用較為普遍。其中，傅里葉變換頻域分析測量法的使用頻率最高。

三、諧波對智能電能表的影響

區別于電子式電能表，智能電能表在頻率波動上的誤差較小。但是，在采用基波計量方式時，智能電能表則會比電子式電能表的計量誤差還要大。究其原因，主要還是由制作原理不同導致的。電能表主要采用A / D采用一乘法器一處理器一顯示輸出的方式運行，電力裝置的工作頻率通常在50Hz。根據智能電表的檢測標準，其電流、電壓失真的允許范圍具有一定標準，但是由于多次諧波的影響，致使波形計量數據不夠準確，進而導致乘法器數據失真。

四、智能電能表在諧波環境中的應用

（一）諧波對計量的應用

在諧波環境下，電能計量主要有以下三種方式：其一，提高智能電能表在功率方面的反應性，盡力提高電表體現實際功率（基波和諧波共同作用下產生的綜合功率）的真實性，實現全能量測量；其二，提高智能電能表的抗干擾性，忽視諧波對電能表計量的影響，只將基波納入功率檢測范圍，也就是說進行純基波測量；第三，利用智能電能表分別計量基波與諧波的功率，從而對諧波電能進行測量。隨著科技的發展，電能收費標準將越來越規范化，第三種方式勢必會成為電能計量的主要發展趨勢。

（二）諧波計量的發展

在實踐工作中，我國絕大多數地區采用的都是全能量計量的方式。其優勢在于，當基波電流波動不大時，所得到的測量數據準確性較高；但是，一旦諧波干擾超出裝置允許范圍，全能量計量表將會失去原有價值，反而導致誤差增大。所以，分辨、區別諧波與基波是十分必要的，將二者分別計量將會是大勢所趨。可以通過構建簡易的電力系統，建立諧波作用下的德爾計量誤差模型，從而對線性基波以及非線性諧波進行進一步對比分析，對諧波環境中電流的有效值進行檢測、計量，進而達到計量有效諧波的目的。

（三）諧波電能表的發展

為了解決諧波干擾問題，在研發人員的不斷努力下，諧波電能表出現在人們的視野中，專門應用于用戶的電能計量領域。然而，由于諧波電量的收費并沒有成熟統一的標準，因此諧波電能表的大面積推廣應用還存在一定的困難。但是，諧波電能表在大量實驗中所體現的優勢是不容忽視的。諧波電能表幾乎可以避免感應式電度表由于機械運行、配件損壞、傾斜度加大等因素所帶來的計量失真問題。這種智能式電能表是基于單片機的基礎之上，配置大容量芯片、漢字點陣字庫等功能，使芯片功能更具專業性，在很大程度上拓展了電能表的量程以及容量，實現區分、分別計量諧波與基波的目的，具有測量基波有功電能、無功電能、消耗電能以及總電能的功能。與此同時，改進過后的智能電能表的頻率覆蓋范圍更廣，誤差頻率波動降低，也就是說，在諧波條件下，相對于感應式電子電能表而言，全新的智能電能表的誤差要小很多，基本上可以滿足分別計量基波與諧波的要求。

五、結語

綜上所述，在電力供應過程中，電力諧波的起因相當復雜，且幾乎是不可避免的，因而改進智能電能表，削弱諧波的影響顯得尤為重要。然而，隨著社會的不斷發展，電力需求日益增大，非線性負載的比重逐步提高，諧波產生的幾率大幅度增加，嚴重影響了電力計量的準確性。故而，相關技術人員應加大研究力度，提高諧波計量的準確性及反應性，實現分別計量諧波與基波的目的。

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（作者單位：國網遼寧省電力有限公司朝陽供電公司）