諧波對電能計量的影響分析

向洋洋

（國網四川省電力公司綿陽供電公司，四川綿陽 621000）

引言

國家電網是我國發展最為迅速的國有企業之一，電網安全可靠運行對于我國國民經濟及發展都有重要意義[1]。同時，電能的計量與電網的指標評價息息相關，因此電能計量的準確性逐漸成為電力行業重點關注的問題之一[2]。特別地，伴隨著我國電力電子技術的迅速發展，大量的電力電子裝置被應用于電網，而電力電子裝置在電網運行時可能會產生大量的諧波[3]，諧波進而會對電能表的計量產生影響，可以看出，諧波對電能計量產生的影響已經成為亟需解決的問題[4]。目前應用于電網計量中的電能表主要有感應式電能表及電子式電能表兩類。隨著電能表研發技術的不斷完善，這兩類電能表均已在我國電網進行了大規模的推廣應用[5]。

為研究諧波對電能計量的影響，首先闡述了諧波產生的原因及諧波源的種類，然后分別對諧波對感應式電能表及電子式電能表的影響展開了分析，并給出了相應的解決措施。

1 諧波的相關概念

1.1 諧波產生的原因

在電力系統運作時，產生諧波的原因較多，主要包括以下兩種原因[6]。

（1）發電機

在制作發電機時，受限于目前的制作工藝及技術，無法將三相繞組做到完全對稱，同時在發電機鐵芯制作上也難以完全均勻，因此發電機自身即會產生一些諧波，但這部分諧波一般較少。

（2）輸配電系統

輸配電線路在輸送及分配電能時，必須經過變壓器對電能進行電壓變換，此時由于變壓器鐵芯的飽和作用，會使變壓器產生大量諧波。這部分諧波主要與電力變壓器的結構及參數息息相關，特別地，變壓器鐵芯的飽和程度越高，產生的諧波就越大。

1.2 諧波源的種類

在充分了解了諧波的產生原因后，需要對電力系統中諧波源的種類進行進一步的討論。電力系統中諧波源的分類大致如圖1 所示，根據諧波源的非線性特性，可將諧波源分為含有鐵芯設備的磁飽和裝置、強沖擊負載及電力電子換流裝置三類。而根據諧波注入系統方式的不同可將諧波源分為電流型諧波源及電壓型諧波源兩種。

圖1 諧波源的分類

2 諧波對電能表的影響分析

諧波對于電力系統的正常運行會有不利影響，尤其表現在對電能表計量的影響上。下面分別就諧波對感應式電能表及電子式電能表的影響展開分析。

2.1 諧波對感應式電能表的影響

感應式電表的結構較為簡單，性能也較好，因此廣泛應用于電網的電能計量工作中。根據諧波的產生原因及感應式電能表的工作原理，可知諧波對感應式電能表的影響主要體現為：

（1）感應式電能表以基波作為評價標準，因此當電力系統中出現多次諧波時，會使電能表的電流和電壓產生一定程度的變化，與基波情況時的電流及電壓有所出入，會改變驅動元件的力矩，最終導致電能表的計量與真實情況相比存在誤差；

（2）諧波會引起電能表電流及電壓的變化，引起波形的畸變，進而導致鐵芯導磁性的變化，因此諧波也會對鐵芯導磁率產生一定的影響。

2.2 諧波對電子式電能表的影響

電子式電能表是一種物理器械，其計量的準確度較高且便于安裝，同時防竊電能力較強，因此目前電子式電能表的計量技術也有了較大發展。下面先對電子式電能表的基本結構進行敘述，然后結合諧波的產生機理，深入探討諧波對電子式電能表的影響。

2.2.1 電子式電能表的基本結構

圖2 為電子式電能表的基本結構，從圖2 可知電子式電能表的工作原理為：測量后的電壓信號和電流信號到達乘法器，乘法器將電壓、電流信號相乘，輸出一個直流電壓，然后通過V/F變換器及計數電路，最終顯示出相應的電能。

圖2 電子式電能表的基本結構

2.2.2 諧波對電子式能表的影響

從電子式電能表的基本結構及工作原理來看，電子式電能表對于基波和諧波的響應相同，即不論通過電能表的是基波還是諧波，電能表的響應均為基波的響應，因此，電子式電能表無法區分基波和諧波，當電力系統中產生諧波時，會導致電子式電能表計量電能的誤差。

3 解決措施

以上分析了諧波對感應電能表及電子式電能表的影響，接下來需要以此制定諧波影響的解決措施。

（1）在電力系統運行過程中，有時會使用諧波來完成電能的供應，但若使用不當，大量的諧波會對電力系統產生較大不利影響，因此應該通過電路等措施，減少電力系統中諧波的使用。

（2）從根本來說，使用性能更加優越、可以識別基波及諧波的新型電能計量表是減少諧波對電能計量最為有效的措施。

4 結束語

為減少諧波對于電網電能計量的影響，提高電力系統運行的可靠性，分析了諧波對電能計量的影響。首先闡述了諧波產生的原因及諧波源的種類，然后分別分析了諧波對感應式電能表及電子式電能表的影響，并給出了解決措施，為后續諧波對電能計量的影響研究奠定了基礎。