电力谐波对电能计量的影响

电力谐波对电能计量的影响

【摘 要】随着经济的发展，在人们的工作与生活当中非线性负荷电力设备越来越多，导致谐波也呈上升趋势，电力系统谐波会电力计量的准确性，造成计量出现误差，影响了用户的切身利益和电力企业的经济效益，加强对电力谐波的研究具有十分重要的意义。本文对电力谐波的产生原因、电力系统谐波对电力计量准确性的影响、电力系统谐波对电力计量合理性的影响、谐波电力计量中的应用及发展等进行了分析和探讨。

【关键词】电力；谐波；电能；计量

我国现代的电力计量方式为全能的计量。计量方式在基波电流较为稳定的情况下，精确度较高，如果系统中存在谐波干扰现象，且程度超过了计量设备的承受的能力，该午安能行的计量方式则会出现误差扩大的现象，失真严重。为了防止。该类情况的出现，未来计量表的发展方向是将谐波与基波进行隔离，并分别进行计量。

1 电力谐波的产生

电力电子设备出现之前，产生谐波的主要是变压器，产生的谐波属于奇次谐波，是一种量值较小的有限的谐波源。目前由于变压器带来的谐波量值较小，所以其他的电力电子设备渐渐代替了变压器，产生的谐波成为了组合形式丰富的多次谐波。电力电子技术一般是用整流二极管作为整流器件，将交流电转化成直流电。因此电子电力技术普遍的电能形态是整 流二极管工频整流的 AC/DC 转换形式。

一般来说首先选择的都是桥式整流器滤波和大电容器为 AC/DC 转换器，其中就包括直流电力机车、电化学工业整流、电源电子整流器和变频调速器等这些设备。受到大容量的滤波电容器的影响，一般二极管的导通角比较小，如果使它能够导通，就必须使交流电压达到正弦波的最高值，因此导致交流输入电流的波形发生了畸变，甚至三次谐波在某些情况下超过基波。 在受到非线性整流的影响时，可以将交流线路中的电流（i）输入，这样波形就不再是正弦波了，转变周期畸变波形的频域，一般是把交流进线电流 （is） 表示为工频基波分量和工频为整数倍的谐波分量的综合。

假设电源电压为纯正弦波，那就只能用基波电流传输平均功率。这是因为其相位不是 90°并且具有相同频率，平均功率不为零。整流器的平均输出功率就是由电流电压均方根值与进线电流基波均方根值（I’）的乘积得出，然后再与 I’相乘后在Us 相位角φ1的余弦 cosφ1，表现公式为P=U（sI’）cosφ1。

视在功率的计算公式是 ：P=UsIs，其中 Us 与 Is 都是有效值。

功率因素的公式表示为 ：PF=（有功功率）/（视在功率）=P/S

从上述公式中可以得知 ：PF=U（sI’）cosφ1/UsIs

在进线电流 I’产生畸变的时候，如果电流的比值（I’）/Is 越小，那么整流器本身的功率就会越低。所以在 AC/DC 的转换电路中，可以将输入电流当作非正弦，输入电压为正弦，将谐波电流所场所的二次效应忽略不计。

2 电力系统谐波对电力计量准确性的影响

电力系统谐波影响了电力计量的准确性，这些影响是指存在谐波电流和电压的状况下，电能表是否可以将通过电能表的有供电能准确的计量，电能表计量出现的误差（e）是计量电能（Em）和被测电能（Et）之间的相对误差，用公式表示为 ：e=（Em-Et）/EtΧ100%

2.1 感应式电能表

感应式电能表最佳的工作性能表现在只有在电压和电流都是正弦波，并且在工频附近较窄的范围内的时候。一旦系统中的电流和电压波形产生畸变，偏离了正弦，那么就会导致感应式电能表不能准确计量。并且被测电压与电流的谐波频率越高，电能的负误差就会越大，难以对通过的电能准确测量。

2.2 电子式电能表

从理论上来说，对于不同的被测信号波形，电子式电能表会产生不同的响应，从而产生不同的误差。当电压或者电流的其中之一发生畸变时，电子式电能表就会出现些微的误差，但是误差较小可以忽略不计 ；当电流和电压的波形全都发生了畸变，与正弦偏离的时候，电子式电能表的误差则在它的精度范围之内。

在对电能量进行测量的时候，也要对电网电流和电压进行测量，然后用互感器将其转换成弱电信号以后，再输入电能表。所以测量结果是否准确直接受用互感器的影响。如果用互感器在测量中存在非线性的特征，那么当畸变信号通过互感器的时候，各次谐波的成分的转换比例就会不一样，这就导致被测信号发生变形，不能进行准确测量。

3 电力系统谐波对电力计量合理性的影响

电力系统谐波对电力计量合理性的影响表现在 ：首先，当系统的电源表现为正弦波的时候，线性负荷的电流和电压的信号也都表现为正弦波，只是消耗基波的有功功率 ；第二，当非线性负荷的电流产生畸变的时候，电压表现为正弦波，又因为只有同样频率的电流和电压的积分才不等于零，因此电路消耗的有功功率就只是同样频率的电流和电压的积分，那么这个电路也就只消耗基波的有功功率 ；第三，当非线性负荷的电流和电压都发生畸变的时候，在消耗基波的有功功率的同时，也消耗了谐波的有功功率 ；第四，当系统的电压是正弦波的时候，线性负荷的电流和电压没有发生畸变，就仅仅消耗基波的有功功率，但是非

线性负荷既向系统注入谐波的有功功率，也吸收基波的有功功率。

4 谐波电力计量中的应用及发展

4.1 谐波在对计量的应用

在谐波作用的条件下，电能计量的方式可以分为以下几种：①将谐波进行过滤或者忽略，提高电表对抗干扰的能力，仅仅对基波的功率进行测量，该方法即是纯基波计量方式；②提高了电表功率反应能力，即是使电表显示出其实际的使用电量，该方式即是直接将基波功率与谐波功率进行总体计算，不进行区分；③先对基波功率和谐波功率进行区分，再分别进行计量。

4.2 谐波计量的发展方向

我国现代的电力计量方式为全能的计量。计量方式在基波电流较为稳定的情况下，精确度较高，如果系统中存在谐波干扰现象，且程度超过了计量设备的承受的能力，该午安能行的计量方式则会出现误差扩大的现象，失真严重。为了防止该类情况的出现，未来计量表的发展方向是将谐波与基波进行隔离，并分别进行计量。在研究过程中，将电力系统进行简化，对受到谐波影响的计量误差建立模型，并分析处理，计量出受到谐波影响电流的具体值。

4.3 谐波电表的发展

现代技术水平已经研制出了谐波电表，能够专门对谐波的干扰进行准确的计量。该类电能表的是在单片机技术条件下研制而来的，采用多种先进的技术，使之具备了将谐波及基波转却区分，分别测量及计算的性能，并实现了对于各项电能的计量功能，包括实际消耗电能、基波有功电能、基波无功电能、总电能等。该类计量表的优势在于其能够避免由于电表内部零件失灵、机械运转、倾斜度扩大等因素引起的误差，但是目前还尚未形相对合理的收费系统，因此，该类谐波电表的推广应用并不十分广泛。

5 结束语

综上所述，本文通过对电力系统的谐波产生原因的分析，研究了在电力系统中，经常会用到的电子式电能表和感应式电能表在测量谐波时对电力计量的影响，得知不同的电力谐波会对电力计量的准确度产生不同的影响，所以只有分别计量负荷消耗的谐波电能与基波电能才是最合适的计量方式。

参考文献

[1]曹惠敏.电力系统谐波对电能计量影响的研究[M].华北电力大学，2010.

[2]史训涛，蒋金良.谐波对感应式无功电能表的电能计量影响[J].电力系统及其自动化学报，2012（06）.