電力諧波對電能計量影響研究

劉曉璇

摘 要：電力諧波是電力系統中常見的能源污染，會導致電機發熱發生故障，使電腦等通訊設備受到干擾。本文對電力諧波的產生原因進行探討，結合電力諧波對電能計量影響的分析，提出降低影響的優化對策，為有關人士提供參考。

關鍵詞：電力諧波;電能計量;影響

引言：隨著我國電網建設規模增大，電力用戶增加，電力諧波的現象也越來越多。交流電網有效分量是工頻單一頻率，與工頻頻率不同的成分都稱之為諧波。由于各種電力電子裝置在電力系統、工業、交通和家庭用電中應用日益廣泛，電力諧波造成的危害問題，引起各國高度關注，通過召開學術會議，不斷推動限制電力系統諧波和降低用電設備諧波的技術發展。

1電力諧波產生的原因

1.1發電源質量不高

由于發電機是三相繞組，從制作角度來講，很難做到絕對的對稱。發電機的鐵芯也很難做到絕對的均勻一致，導致影響發電機質量，從而影響電源質量，因此，有些電源會存在產生諧波的情況。

1.2輸配電系統產生

輸配電系統中的變壓器也是產生諧波的主要原因，在設計變壓器時，由于變壓器鐵芯的飽和等因素，磁化曲線是非線性的。變壓器磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，磁化電流呈尖頂波形，產生奇次諧波。

1.3用電設備使用過程產生

電力用戶對電能源的使用，通常是用于生產和生活。企業生產建設離不開電力機車、鋁電解槽、開關電源和充電裝置等設備，由于許多設備中都含有晶閘管整流設備，這給電網帶來了大量的諧波污染。晶閘管整流裝置在技術上采用的是移相控制，吸收電網的缺角正弦波，留下的一部分缺角正弦波中帶有大量的諧波。當整流裝置是單相整流電路時，在接感性負載時，含有奇次諧波電流。其中3次諧波的含量能夠達到基波的30%。在接容性負載時，含有奇次諧波電壓，而且諧波含量隨電容的增大而增大。還會引起旋轉設備和變壓器振動并發出噪聲，長時間的振動會造成金屬疲勞和機械損壞。電力諧波可引起系統的電感、電容發生諧振，使諧波放大。當引起系統諧振時，諧波的電壓升高、電流增大，導致繼電保護及自動裝置誤動，損壞電力電容器、電纜、電動機等系統設備，引發系統事故，威脅電力系統的安全運行。

2電力諧波對電能計量產生的影響

2.1電力諧波對電能計量裝置的影響

電能表按工作原理分為機械式電能表和電子式電能表，機械式電能表的組成包括軸承、驅動元件和制動原件等，其工作原理是交變電流和電壓在穿過電表時，產生了驅動力，帶動轉動計數器字輪。對于不同的電流和多種影響因素，即使對電表作出調整，也不能實現對機械式電能表的精度控制。最廣泛應用的機械式電能表是感應型電能表，是通過交流電基波做為基礎設計的，電能表計量過程中，通過磁感應驅動元件產生力矩，再將計度器帶動進行電能計量。當電力系統產生電力諧波時，電能表上的電流和電壓會受到電力諧波影響產生畸變電流。電力諧波會導致電能計量表產生電磁轉矩，導致電能計量裝置容易產生誤差，影響電能計量表對電能的計量[1]。

2.2電力諧波對電流互感器的影響

電流互感器裝置是電能計量裝置的重要組成部分，因其不耐受直流分量，不能測量直流電流，在出現直流分量時，會造成交流電的電流測量失準，對直流分量時的電能計量出現減少、漏記的現象。電網中的直流分量常規下是由于整流產生的，例如，電氣化鐵路、煉鋼煉鋁、電鍋爐等工業行業用戶，整流電匯導致交流中帶有大量的直流分量。尤其是半波整流，電流為半波電流，低壓電流互感器不能傳變電流信號，電力計量工作無法精準完成。由于現有的低壓電流互感器在直流分量下是產生直流偏磁的，直流分量無法改變磁通。

2.3電力諧波對電能計量準確性的影響

電力諧波會影響電能計量的儀表產生電磁轉矩，是導致電能計量失準的主要因素，是計量裝置有較大誤差的隱患。由于電磁感應式電表，裝置中不僅存在基波還有諧波，諧波對電能表的影響，還體現在電壓線圈和旋轉盤的阻抗變化上，詳細磁通量出現變化，因此導致電能計量的誤差。

3電力諧波影響下電能計量的優化對策

3.1優化計量方式

要降低電力諧波對電能計量的不良影響，可以采用優化計量方式、提高計量方式的管理等手段。可以應用全能計量方式和基波電能計量方式，采用以上兩種方法進行深入研究，能夠提高對計量方式管理的有效性。全能計量方式是對電能表的要求比較高的，電能表要能夠將基波電能和所有的諧波全面、準確的反饋，能夠起到降低諧波對電能計量的影響作用，提高電能計量的準確性。對線性用戶，可以普及電子式電能表，推廣電子式電能表的使用，能夠有效針對諧波的干擾，降低諧波對計量過程產生的影響。電子式電能表大幅度降低了電能計量的誤差，誤差情況接近于0。基波電能計量方法的優點是準確性強，對基波有功功率和電能，可以精準地表現出來。作為高效的計量方式，基波電能計量可以保證在電能計量工作中，得到準確和合理的計量結果。基波電能計量可以繞開諧波有功功率，在線性用戶和非線性電力用戶中，無法統計全部電能計量。

3.2減少諧波使用

為提高電能表對電能計量的準確，要降低電力諧波對電能表的干擾，減少電力諧波的產生。減少電力諧波在電網中的使用量，能夠有效減少電網中的電力諧波，從而達到控制電力諧波的作用。供電企業和有關部門應該加強對供電范圍內的諧波源用戶的監管措施，通過長期的監測，必將發現這是嚴重的電量損失。由于電力諧波對電網來說，諧波功率呈負值，對電網造成污染和影響，對非線性用戶，應該予以檢測，在諧波超過一定限值時，提醒用戶注意用電情況，當諧波超過限值很高時，諧波保護發出跳閘命令，對用戶進行用電限制。

3.3增加換流裝置相數

利用增大換流裝置的相數，可以起到對電力諧波的抑制作用，能夠對電能計量表的計量準確性提高，從而控制電力諧波對電網帶來的影響。通過換流裝置增加脈動數，也能起到減少電力諧波的作用，換流裝置和他交流側、直流側形成的電力諧波次數能夠消除幅值大的低頻項，能夠讓電力諧波得到較好控制。從源頭的換流裝置對電力諧波的產生起到管控作用，能夠更好地抑制電力諧波的產生，能夠提高電能計量的準確性。

3.4不斷強化技術改進

非線性電力用戶用電過程產生的電力諧波，會影響電能計量表的準確性，電能計量的結果和實際的電能消耗存在很大差距。供電企業要加強對產生電力諧波用戶的管理，對電力諧波用戶采用合理的技術管控。加強對電力用戶的電量使用的監管措施，要推廣新型的數字電能計量表，對用電產生電力諧波的用戶，可以加裝諧波過濾裝置，起到降低電力諧波對電網影響的作用，提高電量計量的準確性[2]。

3.5有源濾波法和無源濾波法

3.5.1有源濾波法

在諧波源附件，要減少產生諧波電流，要讓供電系統受電力諧波的影響降低，能起到對電氣設備的保護作用，降低諧波電壓，從而達到減少諧波電流產生的危害，是減少電力諧波的有效方法之一。

3.5.2無源濾波法

無源濾波法是利用電感、電容和電阻的組合結構，設計成的濾波電路，可以起到濾除一次或多次諧波的作用，較為普遍使用的是電感與電容串聯，能夠對主要次諧波構成低阻抗旁路[3]。

結論：我國電力企業不斷完善電力系統建設，非線性用戶負荷數量也不斷增加，導致電力諧波對電能計量的影響愈加明顯，為保證電能計量得準確，要不斷深入研究電力諧波對電能產生的影響。通過對電力諧波問題的深度挖掘和積極研究，為電力行業找到減少、減弱電力諧波的根本辦法，實現電力系統高效運行。

參考文獻：

[1]何建新.關于電力諧波對電能計量影響的分析與探討[J].電子測試，2021（11）：117-118.

[2]黎慶輝.電力諧波對電能計量影響的探究[J].中國標準化，2019（22）：201-202.

[3]劉暢.關于電力諧波對電能計量影響的分析[J].中外企業家，2019（33）：105.