谐波对电能计量的影响分析

宋务祥

四川西昌电力股份有限公司 四川省 西昌市 615000

摘要：随着国内用电需求的增大，电力系统负载量逐年递增，装机容量亦需逐年变大。大功率电力器件尤其是换流器等的应用，使流入电网系统的谐波急剧增加，电网输出电压畸变越来越大。电力谐波对电网影响较大，首先会导致变压器等电力设备出现温度异常，影响电力设备的安全稳定运行，其次会对电能计量产生很大影响，而电能计量关系到电网输出能量的统计与计算。电能统计出现偏差，会对电力公司和用户产生影响。电能表是电能计量的核心设备，给收费系统提供重要的用电数据。谐波会使电能表计量产生偏差，准确度降低，因此解决谐波对电能计量的影响，成为当前亟需解决的问题。

关键词：谐波；电能计量；影响

伴随着我国电力电子技术的迅速发展，大量的电力电子装置被应用于电网，而电力电子装置在电网运行时可能会产生大量的谐波，谐波进而会对电能表的计量产生影响，可以看出，谐波对电能计量产生的影响已经成为亟需解决的问题。为研究谐波对电能计量的影响，首先阐述了谐波产生的原因及谐波源的种类，然后分别对谐波对感应式电能表及电子式电能表的影响展开了分析，并给出了相应的解决措施。

1电能计量装置的概念

在电能计量中，电能计量是指对电能的测量和计算，其主要功能是对用电设备的运行状态进行监督，并能够及时的发现问题，采取相应的措施来降低能源消耗。供电计量的基本原理：在电力系统中，通常使用的电表有两种，一种是电量表，另一种则为时间记录。其中电流、电压、功率等的数据都可以通过导线来传输，而这些信息的准确度取决于线路的长度和空间的大小以及用电的设备数量等。因此在实际的工作当中，需要根据不同的情况，选择合适的方法将它们连接起来，从而实现对电能的有效管理。同时，也要保证每个用户的用电安全，这就要求严格的控制每一个环节，确保每一条线的质量合格，并且还应该实时的监测整个电网的状况，并做出合理的调整方案，以减少不必的损失；另外，还应加强对输电线的监控与保护，防止由于断路器偶发故障或产品质量导致不可靠性而导致的事故发生。

2谐波的相关概念

2.1谐波产生的原因

在电力系统运作时，产生谐波的原因较多，主要包括以下两种原因。（1）发电机。在制作发电机时，受限于目前的制作工艺及技术，无法将三相绕组做到完全对称，同时在发电机铁芯制作上也难以完全均匀，因此发电机自身即会产生一些谐波，但这部分谐波一般较少。（2）输配电系统。输配电线路在输送及分配电能时，必须经过变压器对电能进行电压变换，此时由于变压器铁芯的饱和作用，会使变压器产生大量谐波。这部分谐波主要与电力变压器的结构及参数息息相关，特别地，变压器铁芯的饱和程度越高，产生的谐波就越大。

2.2谐波源的种类

在充分了解了谐波的产生原因后，需要对电力系统中谐波源的种类进行进一步的讨论。根据谐波源的非线性特性，可将谐波源分为含有铁芯设备的磁饱和装置、强冲击负载及电力电子换流装置三类。而根据谐波注入系统方式的不同可将谐波源分为电流型谐波源及电压型谐波源两种。

3谐波对电能表的影响分析

3.1谐波对感应式电能表的影响

感应式电表的结构较为简单，性能也较好，因此广泛应用于电网的电能计量工作中。根据谐波的产生原因及感应式电能表的工作原理，可知谐波对感应式电能表的影响主要体现为：（1）感应式电能表以基波作为评价标准，因此当电力系统中出现多次谐波时，会使电能表的电流和电压产生一定程度的变化，与基波情况时的电流及电压有所出入，会改变驱动元件的力矩，最终导致电能表的计量与真实情况相比存在误差；（2）谐波会引起电能表电流及电压的变化，引起波形的畸变，进而导致铁芯导磁性的变化，因此谐波也会对铁芯导磁率产生一定的影响。

3.2谐波对电子式电能表的影响

电子式电能表是一种物理器械，其计量的准确度较高且便于安装，同时防窃电能力较强，因此目前电子式电能表的计量技术也有了较大发展。下面先对电子式电能表的基本结构进行叙述，然后结合谐波的产生机理，深入探讨谐波对电子式电能表的影响。

3.2.1电子式电能表的基本结构

电子式电能表的工作原理为：测量后的电压信号和电流信号到达乘法器，乘法器将电压、电流信号相乘，输出一个直流电压，然后通过V/F变换器及计数电路，最终显示出相应的电能。

3.2.2谐波对电子式能表的影响

从电子式电能表的基本结构及工作原理来看，电子式电能表对于基波和谐波的响应相同，即不论通过电能表的是基波还是谐波，电能表的响应均为基波的响应，因此，电子式电能表无法区分基波和谐波，当电力系统中产生谐波时，会导致电子式电能表计量电能的误差。

4解决措施

4.1数据采集

数据采集是电能计量技术的基础环节，其主要是对电能计量装置中的电能表、电流表、电压表等进行数据采集，并通过计算机软件处理系统的自动分析，将这些信息传送到电网管理部门。在实际工作中，可以采用以下方式：（1）利用电子站仪，将电能计量的数据实时传送到调度中心，实现对电量的统计和控制；（2）用电设备的自动化监测，如用电的状态和数量，并记录相关的参数值，同时还可根据用户的需求来调节或改变相应的运行模式，以达到节能的目的；（3）在供电的过程中，还需要考虑到一些突发的因素影响，如线路故障，停电时间等，因此要做好应急措施，保证能够及时恢复正常的供电；（4）使用智能终端，使电力的计量更加精准，提高了测量的准确性与可靠性。此外，还能对电力能源的消耗情况做出合理的预测与评价，为节能降耗提供有效的依据与参考。

4.2节能降耗经济性分析硬件组成

智能型电能计量装置是指能够实现对电力系统运行状态进行实时监测的仪器设备，包括：计算机、通信网络、自动控制等。其中主要的硬件组：成有：中央处理器、集中式数据采集与处理单元和现场总线。（1）中央处理器的作用是对整个电网中的电能质量做出最及时的反应和管理，它可以将所收集的信息发送给调度中心，然后再由管理中心统一的分配给各个区域，并根据不同的情况来对负荷的变化作出相应的调整措施。在供电的过程中，需要将用户的用电需求通过中央处理器的指令发送到计量站，再由计量站的工作人员按照设定的程序来完成。（2）分布式计算与分析单元分布式的电能计量的核心部分就是发电厂，它利用了变电站的自动化技术，使其具有了远程监控的功能，以及综合的控制系统；而对于变配电所来说，则采用的是分相的方式来设计，这样就能使其在不影响电厂的正常工作的前提下，也不会造成过大的电量浪费。

4.3技术创新

（1）在电力系统运行过程中，大量的谐波会对电力系统产生较大不利影响，因此应该通过优化电路等措施，减少电力系统中谐波的使用。（2）从根本来说，使用性能更加优越、可以识别基波及谐波的新型电能计量表是减少谐波对电能计量最为有效的措施。

5结语

综上所述，为减少谐波对于电网电能计量的影响，提高电力系统运行的可靠性，分析了谐波对电能计量的影响。首先阐述了谐波产生的原因及谐波源的种类，然后分别分析了谐波对感应式电能表及电子式电能表的影响，并给出了解决措施，为后续谐波对电能计量的影响研究奠定了基础。

参考文献

[1]李晨.谐波背景下的电能计量误差分析与滤波研究[D].昆明：昆明理工大学，2018.

[2]钟爽.电力谐波对电能表电能计量的影响分析[J].电工技术，2021（1）：61-62.