谐波对电能计量的影响分析 苏浩

谐波对电能计量的影响分析苏浩

发表时间：2018-12-05T21:05:00.953Z 来源：《电力设备》2018年第21期作者：苏浩

[导读] 摘要：近几年，伴随智能建筑快速发展和进步，作为建筑中典型的非线性负荷，电子设备会产生大量无功功率与谐波，严重污染了配电系统，导致电能质量大幅下降。

（内蒙古超高压供电局计量中心内蒙古呼和浩特 010080）

摘要：近几年，伴随智能建筑快速发展和进步，作为建筑中典型的非线性负荷，电子设备会产生大量无功功率与谐波，严重污染了配电系统，导致电能质量大幅下降。因此，重点分析谐波产生与影响，探讨有效的电能计量改进方法是具有重要现实意义的。

关键词：电能计量；谐波影响；改进措施

1 电力系统中的主要谐波源

对于交流电网而言，其有效分量是单一的工频频率，任何与该频率不同的成分，实际上都能够算是电力谐波，一般情况下，谐波是正弦电压加压于非线性负载，导致基波电流的畸变而产生的。谐波的存在，会对电力系统产生污染，不仅降低了电能的质量，而且会在一定程度上增加附加损耗，给电力系统的安全稳定运行带来巨大威胁。因此，做好谐波源的分析，对于谐波的控制和治理而言是非常关键的。在传统电网中，由于网络架构简单，谐波源一般只有变压器，而且谐波电流极小，基本上不会对电力系统产生很大的影响。而伴随着电力系统的飞速发展，电力电子设备取代变压器成为了主要的谐波源，在其运行过程中，通常都会利用二极管，将交流电转化为直流电，或者利用桥式整流器将直流电转化为交流电，而在电子开关、工业整流设备中，存在着一些容量较大的滤波电容器，会导致二极管导通角变小，必须在交流电压正弦波最大值附近才可以实现导通，使得交流输入的电流波出现了严重畸形的情况，三次谐波甚至会在基波上形成窄尖峰脉冲，降低线路的功率因数。在现代电网中，变压器、电抗器、整流器等都是谐波的主要来源。

2 谐波对电能计量的影响

2.1 谐波对互感器产生误差

互感器的类型有很多，本文主要分析的是谐波对电磁式互感器产生的误差。一方面是谐波对电压互感器的影响。在发电站或者变电站中，电压互感器一般安装在距离计量表安装点较远的地方，两者之间还存在着许多电缆、隔离开关以及接线端子等元件。这些元件的存在会产生二次回路阻抗，包括接触电阻、导线阻抗以及元件内阻。这些二次回路阻抗会对电压互感器造成影响，主要是两端的电压不一致，从而引起计量的误差。另一方面是对电流互感器的影响。电流互感器在工作的时候，可能会产生励磁电流，电流的损耗量较大，加上电磁式电流互感器中的铁心磁化曲线是非线性的，铁心饱和度越高，使得产生的电流和额定电流之间的差值变大，主磁通差距变大了以后就会对计量产生影响，使得误差变大。

2.2 谐波对电能表产生误差

电能表是重要的电能计量仪表，包括电磁感应电能表、全电子电能表等。对于电磁感应电能表来说，其内部存在基波和谐波电压和电流，导致电压线阻抗、旋转圆盘以及电流电压的磁通等发生变化，然后使得电能计量产生误差。尤其是在基波和谐波发生波形畸变的时候，电压和电流又不是线性的铁芯，所以会无法和电磁矩阵相叠，使得电能计量的误差更大。对于全电子电能表来说，主要是和其计算方法有关。全电子电能表在进行计量的时候先对不同频率下产生的电压电流的数值进行记录，然后选取一部分数据进行采样计算。但是这种计量方法在计算功率的时候是将各个波次功率相加，并没有将谐波的方向考虑在内。所以对于非线性用户来说，他们在电能计量时，非线性负荷的误差为负，也就是会少计量了电能，而对于线性用户来说，他们在电能计量的时候，线性负荷的误差为正，也就是会多计量了电能。总之，电能表计量时的计算方法会对电能计量的准确性产生很大的影响，尤其是在谐波功率变大的情况下，误差会更大。另外，外界的温度、频率以及电压电路的交换组件等都会对电能计量的准确性造成影响。

3 应对谐波影响的有效措施

3.1 技术措施

一方面，应该在现有的技术条件下，对电能计量方式进行改进，尽可能实现波电能与谐波电能的分别计量，消除谐波所带来的不良影响；另一方面，应该对计量装置进行优化和改进，提升计量结果的准确性和可靠性。例如，可以结合分频技术，针对电子式电能表进行相应的改进和优化处理，强化其对于谐波的辨识能力，使得其可以在电能计量中，准确分辨谐波带能和基波电能，甚至对谐波电能的大小以及传递方向进行计量，减少乃至消除谐波对于电能计量准确性的干扰和影响。

3.2 互感器改进

3.2.1 电压互感器改进

在改进电压互感器的时候，首先可以从内部结构来优化，因为内部结构中铁芯是产生电能计量误差的重要因素，所以在安装铁芯的时候要注意材质的选择，最好选用高导磁率的材质，然后铁芯的磁密要均匀而且尽量要降低磁密，铁芯的长度也要适度地减短。另外，可以通过减少绕组的匝数和改进绕组的耦合状态来降低电能计量的误差。其次是要减少二次回路的电流。比如选择专用的电线路和计量线路，在电能表和互感器之间应用专用路线。比如经常要检查和维修导线和元件的接头，减去不必要的接触电阻。另外，还可以采用多绕组的电压互感器，或者采用补偿性仪器来补偿在二次回路中产生的误差。

3.2.2 电流互感器改进

电流互感器产生电能计量的误差，主要是因为励磁磁动势造成的，所以在改进电流互感器来减少误差的过程中，可以采用补偿法来补偿励磁磁动势。补偿法有无源补偿法和有源补偿法。无源补偿法是在二次侧设置固定电容，不过这种方法对于提高电能计量的精确度比较缓慢，所以还可以采用有源补偿法进行自动跟踪补偿。

3.3 电能表改进

电子式电能表的缺陷是其计量计算方法，所以在改进的时候主要针对计量方法进行方案的优化。在原先的计算方法上，因为谐波的存在，线性用户多计量了电能，而非线性用户少计量了电能，这对于线性用户来说自然是非常不公平的，所以在优化计算方案的时候，首先要采取惩戒措施对那些谐波源用户进行惩罚，补偿给受他们谐波影响的其他用户和供电网络系统。在计量方案方面，可以以基波电能计量为基础，然后把谐波电能作为奖惩的依据，也就是说以基波电能产生的费用作为基础费用，然后再对那些产生谐波的用户收取补偿费，不仅降低了对其他用户的影响，而且也督促这些产生谐波的用户自觉处理谐波，减少谐波带来的误差影响。