淺析電力諧波對電能表電能計量的影響

路昱 劉子悅

摘 要： 電力諧波極大的影響著電能計量的準確性和合理性， 因此，可以采用分別計量基波電能以及諧波電能， 以這樣的計量方式來記錄諧波電能方向， 重視電網運行技術的規范與營運規則， 才是比較合理的計量方式。下面本文就在分析電力諧波對電能計量的影響基礎上，對合理電力計量方式進行探討。

關鍵詞： 電力諧波 電能計量 電子式電能表 電度表

在我國的電力建設中， 非線性用戶向電網注入的諧波越來越多， 其不僅影響電能計量， 還將造成計量漏計的現象， 嚴重危害電力安全。下面本文就在分析電力諧波對電能計量的影響基礎上， 對合理電力計量方式進行探討。

1 電力諧波的產生原因

（1） 當發電機的電源質量不高時， 就將會產生諧波【1】，這是因為發電機是由三相繞組而成的， 這在制作上是很難絕對對稱的，因此，其發電機的鐵心也難做到均勻一致， 因此， 其產生的電源多少也會帶有少量的諧波。

（2） 在用電設備中， 大都會采用晶閘管整流， 特別是在開關電源、 電力機車、 充電裝置、 鋁電解槽上也得到了廣泛的應用， 這就會產生大量的電力諧波。 對于電弧爐、電石爐等， 會因為三相負荷的不平衡而產生電力諧波， 從經變壓器注入電網； 而在氣體放電類的電光源中， 如熒光燈、高壓鈉燈、高壓汞燈， 也會給國家電網造成電力諧波；對于調光燈具、電視機、計算機、錄像機等家用電器， 也會因為調壓整流裝置而產生電力諧波， 嚴重影響電能計量的準確性。

（3） 在國家電網中， 其輸配電系統也會產生電力諧波， 這是由于輸配電系統的電力變壓器里面， 會因為變壓器鐵心的飽和，使得磁化電流呈現出尖頂波形， 因此具有電力諧波。

2 電力諧波對電能計量所產生的具體影響

（1）對與不同類型的電能表頻率進行響應測試， 其中感應式電能表在2次以上的電力諧波中衰減特性逐漸增大， 直到第9次時， 可以衰減掉80%以上； 因為在感應式電能表中， 其圓盤渦流路徑等效與圓盤阻抗角， 可以隨頻率增高而去增大然而電子式電能表中， 它是呈寬帶響應特性的， 因此，它的電子表帶寬會受到互感器頻帶以及乘法器時鐘頻率的限制[2]。

（2）電力諧波不僅會增加電動機的有效軸功率， 還會增大其附加損耗， 嚴重縮短電機壽命， 損害我國電力系統的運營安全， 在電磁感應式電能表中， 會因為系統頻率偏移以及諧波的影響而產生誤差， 這是由于電磁感應式電能表， 其設計就是按基波來情況考慮的， 當負荷電壓與電流不變時， 其頻率的變化以及電壓線圈阻抗的變化， 均會會導致其電能表中電壓工作磁通的改變 ； 而且電能表中， 也會由于轉盤阻抗變化， 從而引起電流磁通的變化， 影響電磁感應式電能表測量的精度。在感應式電能表基礎上， 改進感應式電能表電能計量的非線性數學模型， 以全能量為計量標準或者是以基波能量為計量標準的時候， 由于感應式電能表誤差頻率特性曲線下降， 因此，電能計量中電力諧波對感應式電能表測得的電能計量會產生較大影響。感應式電能表頻率的響應曲線， 會隨著頻率增大而增大， 因此，感應式電能表的電能計量要大于基波和各次諧波電能的和。

（3） 在電子式電能表中，根據其時分割乘法器結構和工作原理， 可以建立仿真的乘法器模型， 并通過計算分析以及仿真分析的方式， 分析電力諧波對電能計量的影響?？芍陔娮邮诫娔鼙淼碾娔苡嬃可?， 其誤差因頻率變化的影響比較小， 電子式電能表對各次電力諧波的響應系數為Kh≈1， 所引起誤差頻率特性曲線也較為平坦，因此，在電力諧波中使用電子式電能表誤差較小。電子式電能表中， 電能基本表達式如公式1所示：

公式1：W（t）=∫p（t）dt=∫u（t）i（t）dt

其中，u、i、p就是瞬時電壓、電流以及功率值， 其測量電能計量的原理就是將電壓與電流相乘， 然后將時間上累計起來， 將功率轉換為脈沖頻率輸出來實現積分。

（4） 電力諧波是有害而無利的， 當非線性用戶向我國電網注入諧波功率時， 電力系統中的諧波和基波相迭加， 其波形將會發生畸變， 由于電能表中電壓與電流產生間不能因磁通而產生轉矩， 從而導致轉矩與平均功率會產生誤差。 基波在電能中具有重要作用， 可以根據基波電能值來合理地確定用戶電費情況， 不僅可以減少諧波對電能計量的損害， 還將會維護線性用戶的用電安全。 電力諧波是有害的電能， 電力諧波會嚴重影響我國的用電安全， 而且電力諧波向國家電網的傳入也將影響國家電網的經濟效益， 應該制定相應的措施來治理電力諧波危害， 對非線性用戶進行相應的處罰， 維護國家電力安全。

3 合理電能計量方式的選擇

電能計量的精度關系到我國電力的經濟效益與社會效益， 為了合理計量用戶所消耗的電能， 因此， 應針對含高次諧波的線路用戶， 選用電量平衡統計以及貿易結算電能表， 嚴格按照國標要求來進行諧波治理， 選擇合適的電能計量方式， 可以有效降低電力諧波對電能計量的影響[3]。

（1）電力諧波大量注入電網中，會使電力系統的電壓以及電流波形發生嚴重的變形，影響儀器、 儀表的準確性， 然而電力計量是關系到電力供需雙方積極效益的關鍵， 也是電網經濟的核算依據， 因此， 降低電力諧波對電能計量的影響是十分必要的。

（2） 在我國的電能計量中， 對與同一計量點， 當電力諧波以超過國標上的規定時，可以采用相同準確級的全電子式電能表或者是電磁感應式電能表， 也可以使用具有計量諧波分量的多功能電能表。

（3）當電力諧波是大功率變流設備以及電弧爐等電力負載產生的時候， 其電能表中會記錄負荷消耗基波有功電能， 此時采用電磁感應式電能表更合理； 如果是電力諧波是由電網產生的時候， 可以采用全電子式電能表， 能反映出實際的電能計量。

電力諧波對電能計量的影響， 可以采用合理的計量方式， 按照電價體系中電力成本合理分攤的原則， 對吸收電力諧波的用戶， 在其電力價格以及用電量上給予適當的諧波分量補償， 并按諧波分量比例調整用電價格， 綜合治理非線性負載用戶諧波， 用高精度電子式電能計費表計， 降低諧波對電能計量的影響。

4 結語

由上可知， 隨著我國電力系統中， 非線性用戶負荷數量越來越多， 其諧波也向電網大量注入， 影響電能質量的同時也給電能計量帶來一定的誤差。從電能的計算原理以及電能表的計費原理中， 綜合治理非線性負載用戶的諧波， 用高精度的電子式電能計費表計， 可以很好的降低諧波造成的計量漏計現象， 為用戶與供電部門提供更好的經濟效益。

參考文獻

[1] 葉向明. 電力諧波自身技術的發展與改進在電力計量中的應用芻議[J].中國信息化，2013（12）：124-125.

[2] 胡連貴. 探析電力計量中對電力諧波的技術改進和控制[J].中華民居，2012（7）：56-57.

[3] 劉進勇. 淺談電力諧波在電力計量中的應用及發展[J].城市建設，2012（9）：89-90.