電力諧波對電能表電能計量的影響分析

王 雷

（江蘇徐州新沂市供電公司，江蘇 儀征 211400）

引言

電能是通過利用自然資源通過轉換的方式轉化而來，并且在實際的使用過程中電能輸送方便、轉換便捷、易于控制被廣泛的在社會各界中得到廣泛的使用。電能已經成為了現代社會活動不可或缺的重要資源，在我國的工業、農業以及交通運輸中廣泛應用，占據著我國國民經濟的重要位置。電能計量是電力企業從發電、輸電、配電等整個電力系統的重要環節，其起到重要的支撐作用。供電企業在向用電用戶提供電力的同時，以電能計量裝置的計量數據作為基礎向用電用戶收取相應的費用，電能計量裝置就是其重要的計算依據，直接關系著電力的運行安全和經濟效益，因此供電企業十分注重電能計量裝置的準確性。為了保證電力的高質量供給，供電企業采用大量的電力電子產品在電網系統中，電力電子產品的使用對電能計量裝置會產生影響，其會產生諧波，諧波的存在會對電能計量裝置的準確性產生影響，因此降低諧波對電能計量裝置的影響是十分必要的[1-2]。

1 電能計量裝置概述

電能計量裝置是供電企業進行電力統計的重要設備，通過電能計量裝置對用電用戶電力使用情況、電力輸出端的送電情況等進行統計分析，能夠有效對電網系統的電力情況進行統計分析，以供供電企業進行電力分析。隨著電力系統的發展，電能計量裝置目前使用較多的兩種裝置是：感應式電能表和電子式電能表。

1.1 感應式電能表

感應式電能表憑借著其結構簡單、經久耐用、維修方便等優點，在電能計量裝置中被廣大用電用戶所接受[3]。感應式電能表是按照工頻正弦波進行設計的，只要保證感應式電能表在工頻范圍能，就能夠有著較好的運行準確性。感應式電能表是由驅動、轉動、制動、驅動器以及其他零部件組成的，共同發揮作用能夠實現電能的計量。感應式電能表在實際應用的過程中是利用點系統中的電壓和電流產生的磁場力共同作用，使得感應式電能表內部的圓盤進行轉動，圓盤轉動的過程中會同時帶動著連接的技術機構進行計數，從而實現了電能的計量。感應式電能表的圓盤轉動速度表示著用電的負荷大小，負荷越大，轉動速度越快。感應式電器表的結構圖如圖1所示。

圖1 感應式電能表結構示意圖

1.2 電子式電能表

電子式電能表是由電壓、電流變換器、乘法器、電壓/頻率變換器以及分頻計數電路等組成的，其工作原理圖如圖2所示。在實際的工作過程中通過變換器將電壓和電流信號傳送到乘法器，乘法器利用其內部預置算法，將電流和電壓相乘后，輸出與平均功率相對應的直流電壓，再通過將直流電壓輸送到V/F轉換器，最后將電網系統的參數進行顯示[4]。

圖2 電子式電能表工作原理圖

2 電子諧波概述

在電器領域的電子諧波定義是指一個周期電氣量的正弦波分量，諧波的頻率是基波頻率的整數倍，同時其經常被稱之為高次諧波。據此其主要是三點定義的：其次數是正整數；其次數是頻率與基波的比值；諧波的的波形是周期性的波形。在電力系統比較穩定時，電子諧波的基本波形是標準的正弦波形，線路中線性無源元件的電壓和電流之間是成比例關系的。并且當進行微、積分運算時，正弦波形仍是符合相關特點的。但是隨著電網系統內部的電力設備的增加，并且其中有著大量的非線性電力設備，導致了在電網系統中流過非線性電力設備后其電流和電壓之間的比例發生劈壞，這就是波形畸變，波形畸變現場出現后就會產生電子諧波。因此在實際的電網系統運行中非線性電氣設備是電網系統中產生諧波的重要來源，為了保證電子諧波在一定的范圍內，我國采取了限制諧波源進入到電網系統的諧波電流量，基于電磁相容性的原則，制定了相關標準或者規定。

3 電子諧波對電能計量的影響

隨著科學技術的不斷發展，現階段中在電網系統中使用到的非線性設備越來越多。在以前的電網系統中也存在著諧波，是由于以前非線性設備的使用較少，因此其對電網系統的影響不是很明顯。但是隨著近年來非線性設備的使用的逐漸增多，電子諧波對電網系統的影響越來越明顯。電子諧波對電網系統的影響主要是在：對電力設備的壽命有所影響，并且增加了電力系統的運行成本，高次諧波的存在是的電力設備中的損耗增加，并且損耗產生的熱能和機械能都作用在電力設備上，對電力設備有著巨大的影響；尤其是對變壓器，高次諧波容易造成在變壓器中形成環流，增加了繞組的損耗，嚴重時甚至會導致變壓器不能夠工作；諧波增加了輸電線路的損耗，諧波在輸電線路上傳輸，增加了輸電線路的阻抗，從而增加了輸電線路的損耗；容易引起電力設備產生諧振現象，影響電力設備的使用效果；影響電能計量裝置的精確度，造成電能計量的不準確性。

電子諧波尤其是對電能計量會產生誤差，當非線性元件在電網系統中時，由于諧波功率是指諧波電流在電網中的傳播而形成的，并且諧波電流進入到電網系統中，會產生損耗，沒經過一道電力設備就會產生不同的諧波損耗，在不同的用電用戶進行使用時。其電能表的計量的有功功率就會有所不同，并且當諧波在用電用戶流向電網時，就會導致非線性電力用戶的總電量隨著諧波的存在而減少。線性用戶除受到諧波的干擾外，還可能出現其電能計量隨著諧波的存在而增大的現象。

4 降低電力諧波對電能表電能計量影響的措施

通過上文中對電能表和諧波的認知，并且研究了諧波對電能計量的影響，通過分析能夠發現當采用基波電能計量法時，用電用戶的電能計量終端的準確性會明顯提升。并且采用基波電能計量方式能夠對電流用電用戶或者是電子式電能表的電流和電壓會產生大量濾波，這部分中的有功功率時基波電流的有功功率，能夠提升電能計量的準確性。另外就是還可以采用全能量的電能計量方式，由于電能表是通過計量其有功功率來進行統計的，全能量的計量方式，配合電子式電能表，就能過實現降低電子式電能表電能計量誤差的現象。最后就是在電能表的選擇時，供電企業要充分考慮電網系統的計量點，當發現其超過我國對諧波的相關規定時就需要采用準確等級較高的電磁感應式電能表或者是多功能電能表，可以實現精確計量諧波分量。當有大功率變流設備向電網系統中傳輸電子諧波時，就需要對有功功率進行詳細準確的記錄，保證電能計量的準確性。

5 結語

電子諧波在目前的電力系統中造成多方面的不利影響，當其存在多種諧波時，之間相互疊加，對電壓、電流會造成很大的不利影響，嚴重影響電能計量的準確性。因此隨著科學技術的不斷發展，供電企業需要加強對電力系統中的電子諧波的消除，提高電能計量的準確性，促進電力系統的穩定。