郑斌

摘 要：分析了谐波对电能计量的影响，并在此基础上对谐波存在时的电能计量改进方法和应用进行了论述。期望通过本文的研究能够对提高谐波存在时的电能计量准确性有所帮助。

关键词：电力系统；谐波；电能计量；滤波

中图分类号：TM73 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.02.098

1 谐波对电能计量的影响分析

在电力系统当中，电能计量是一个重要环节，其主要是通过电能计量装置来完成。目前，国内电网中常用的电能计量装置有两种，分别是感应式电能表和电子式电能表。谐波是电力系统运行过程中不可避免的一种现象，它对系统的危害较大，由谐波引起的谐振会造成过电流或过电压等事故。这样不但会加快电气设备绝缘的老化速度，而且还会导致设备运行异常，额外损耗也会随之增大，进而引起计量装置误差。不仅如此，谐波还会对通信设备的信号产生干扰，严重时甚至会损坏通信设备。

1.1 谐波对感应式电能表的影响

实践证明，感应式电能表只有在工频附近较窄的频率范围内且电流和电压均为正弦波的情况下，才能处于最佳的工作状态。一旦电流或电压波形发生畸变，就会导致电能表的测量准确度降低。图1为感应式电能表的频率特性曲线。

图1 感应式电能表的频率特性曲线

从图1中可以看出，当电能表的频率增加时，其特性曲线会随之急剧下降。导致这一问题的原因主要有：①由于转盘本身并不是一个纯电阻，其中包含了一部分感性分量，当频率升高时，其阻抗和阻抗角都会增大，这样便会导致电能表的转速变慢；②磁路的磁阻会随着频率的升高而增大，与此同时，电流线圈的磁通会减小，驱动力矩也会随之减小，由此便会导致电能表转速变慢，进而产生负误差；③铁芯在谐波的作用下会产生出杂乱涡流，其内部磁通会随之减小；④在谐波存在的前提下，线圈感抗会随着频率的升高而增大，电压磁通滞后，电压的角度会无限接近于90°，由于此时补偿角度并未发生变化，所以会引起转矩减小，进而产生负误差。

1.2 谐波对电子式电能表的影响

就电子式电能表而言，其对不同的被测信号波形的响应均不相同，响应的误差也存在着较大的差别。相关研究结果显示，按照正弦函数的正交特性，当电流或电压偏离正弦且发生畸变时，电能表也会随之出现计量误差，但是这个误差并不是很大。即使电网当中电流与电压同时发生畸变，电子式电能表也会因自身的频带较宽而能够对谐波功率进行准确的计量，换言之，其对谐波功率的响应与基波功率的响应基本相同。在谐波存在的前提下，电子式电能表的计量值近似等于基波与所有谐波电能的总和，这个值一般在1 kHz以内。由于电子式电能表在计量时，未将基波与谐波进行区分，所以谐波对其几乎没有影响。然而，从线性负荷用户的角度讲，谐波的存在会使电子式电能表多计量电能，其合理性有待商榷。

2 谐波存在时的电能计量改进方法及应用

通过在电能计量前加装低通滤波器，能够对谐波起到有效的过滤作用，这是一种相对比较简单的改进措施。由此，电能表只需要对基波电能进行计量。但在实际应用中发现，这种方法的效果并不理想。为了有效避免谐波存在对电能计量准确性的影响，可以采取如下改进方法。

2.1 频域电能计量法

该方法的具体步骤如下：①对电网中的离散化电流和电压信号序列进行加窗处理，以此来降低频谱泄漏，减轻其对谐波分析的影响；②对加窗处理之后的谐波电流和电压序列进行离散傅里叶变换；③采用EET计算法对频域参数进行估算，借此来获取电流和电压信号当中的谐波分量频率偏差、相位和幅值等。

通过下式对各次谐波无功电能和有功电能进行计算：

. （1）

式（1）中，ik和uk分别为电流与电压波形在K次采样时的瞬时值；N为周期内电流与电压的采样对数；t为时间；dt为分时。

经过仿真实验可以获取谐波存在时对电能计量影响的数据，再通过三角自卷积窗的方式便能够实现对基波电能的准确计量。

2.2 带加权系数的谐波有功计量法

该方法实质上就是对基波电能和谐波电能进行分别计量的改进型计量方式，其计算公式如下：

. （2）

式（2）中，W1为基波电能；Whpos为正向谐波电能；Whopp为反向谐波电能；Chpos为正向谐波电能的加权系数（01）。

通过这种计量方式，不但能够对电力系统中受到谐波危害的线性负荷用户进行一次补偿，而且还能对非线性负荷用户引起的谐波电能进行合理处置，实现了以经济手段减少谐波对电力系统影响的目标，确保了电能计量的公平性和准确性。该方法适用于谐波污染较为严重的系统，例如发电站、三类用户和大动力用户等。依据上文的分析可知，当谐波存在时，电能表应当对基波电能进行计量，并对谐波的影响程度进行分析，以此确保对基波电能计费有一定的折扣。由此一来，大的谐波源用户便会积极采取各种有效的措施对谐波进行治理，而线性负荷用户也会随之获得一定程度的补偿。

3 结束语

总而言之，谐波是电力系统运行中不可避免的一种现象，其不仅对系统的危害较大，而且还会影响电能计量的准确性。由于谐波无法彻底消除，所以只能够通过采取有效的方法对电能计量进行改进，从而在确保电力用户利益不受损害的同时，进一步提高供电企业的经济效益。

参考文献

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〔编辑：王霞〕