谐波对电能计量的影响及其对策探讨

汪荣

摘  要：电能计量如果受到谐波的影响，其计量的准确性将会大大降低。谐波会对电能计量装置造成一定的影响，而谐波又是电力系统中不可消除的因素，于是，如何降低谐波对电能计量的影响便成为供电企业面临的一项重要课题。分析了谐波对电能计量的影响，并提出相应的改进措施，以供参考。

关键词：谐波;电能计量;互感装置;基波电能

中图分类号：TM933.4            文献标识码：A               文章编号：2095-6835（2014）23-0007-02

电能表是最常见的电能计量装置，在计量过程中因受到谐波的影响，其幅值与相位差会出现一定的偏差。因此，为了确保电能计量的精确性，就需要结合实际影响因素，采取切实可行的处理措施。

1  电能计量存在的问题

当前，电能计量方式多选择全能量计算，即计算基波电能与谐波电能的代数和。在实际应用过程中，当负荷为线性，而供电为非正弦时，电能表计量内容为基波电能与部分谐波电能。谐波的存在降低了计量结果的精确性，计算结果往往高于用户应缴费用。而当负荷为非线性时，会出现部分非线性负载产生的谐波功率和电能倒流入系统中，则电能表计量的内容为基波电能与倒流入系统谐波电能的相减部分，最终计算结果低于用户应缴电费。另外，当负荷为非线性、电源畸变时，负荷将从电网中吸收谐波电能和基波电能，部分谐波流入电网，整个计量过程更为复杂。

2  谐波对电能计量装置的影响

2.1  谐波对互感装置的影响

谐波对互感装置的影响主要与谐波大小、方向、电能表以及安装的PT、CT有关，谐波电压、电流幅值发生变化时，会在一定程度上影响电能计量的精确度。为了研究谐波对互感器装置的影响，设谐波电流幅值为In，谐波电压幅值为Vn，相位差为θ，综合相位误差为△θ，则有：

e=VnIncosθ-VnIncos（θ+△θ）.                    （1）

由式（1）可以得出最大误差为±2VnInsin（△θ/2）。当△θ发生变化时，最大误差可能达到谐波电压和电流乘积的2倍。

如果待计量系统中安装有电磁式互感器电能计量装置，且谐波频率在2 kHz以下，那么电压互感器二次测电压降低、相位滞后;如果安装有感应式电能表，一旦谐波次数在25以上，这时电能表基本不计量。即便存在计量行为，也会受谐波电压和电流的影响，导致精确度降低。如果线路中谐波频率比较高，那么电压互感器二次侧谐波电压为实际值的3倍，相位误差可以达到180°，此时，谐波对电能表计量结果的影响比较大。

如果待计量系统中安装有电子式互感器电能计量装置，对电能计量结果的影响主要取决于谐波对电能表的影响;如果待计量系统中安装有电容式电压互感器电能计量装置，装置二次侧谐波电压可以达到谐波的3倍，相位误差达到180°，随着谐波频率的增大，对电能表计量结果的精确度影响也越大。

2.2  谐波对电能表的影响

现在的电能计量常选用电子式电能表，它具有准确性高、功能全、操作简单等优点，逐渐替代了传统的感应式电能表。电子式电能表主要由输入级、乘法器、分频计数和V/f四个部分组成。其中，输入级可以将电网中存在的电压和电流经过互感器转换成合适的小电压信号，并将其传递给乘法器。电子式电能表的频率曲线更为平缓，整个过程基本上不存在衰减情况。与感应式电能表相比，电子式电能表可以更准确地完成基波电能和谐波电能的计量。但在实际应用中，由于电子式电能表对待谐波功率与基波功率相同，对电能计量结果的精确度造成影响。

3  改善谐波对电能计量影响的措施

3.1  计量方式管理

3.1.1  全能计量方式

全能计量方式的应用要求电能表可以准确地反映基波电能和全部谐波电能。其中，线性用户电能表的读数为W1+∑Wh，非线性用户电能表读数W1-∑Wh.在实际应用过程中，线性用户感应式电能表的计量结果为W1+∑KhWh，存在的误差△=∑KhWh-∑Wh<0，计量时存在少量谐波电能;如果选择用电子式电能表，其计量结果接近W1+∑Wh，误差△≈0.非线性用户（谐波源）感应式电能表的计量结果为W1-∑KhWh，存在的误差△=∑Wh-∑KhWh>0，计量时存在大量谐波电能;而电子式电能表的计量结果接近于W1-∑Wh，误差△≈0.由此可以得出，选择用全能计量方式时，电子式电能表的计量基本不存在误差，此时选用有功电能表为最佳实施方案。但是在实际应用中，该方案缺乏一定的合理性，只适用于谐波含量小且影响小的电力系统中。

3.1.2  基波电能计量方式

基波电能计量方式的应用可以准确反映基波有功功率和有功电能，但并不计量谐波有功功率，无论是线性用户，还是非线性用户，电能表只反映基波有功电能W1。在实际应用过程中，线性用户感应式电能表的计量结果为W1+∑KhWh，存在的误差△=∑KhWh<0，计量时存在部分谐波电能;如果选用电子式电能表，其计量结果接近W1+∑Wh，误差△=∑Wh>0，计量中含有全部谐波电能。非线性用户（谐波源）感应式电能表的计量结果为W1-∑KhWh，存在的误差△=-∑KhWh<0;电子式电能表的计量结果接近W1-∑Wh，误差△=-∑Wh<0，并且误差绝对值更大。由此可见，在计量过程中，两种电能表都不能准确计量有功电能。对于线性用户，电能值大于基波有功电能，而对于非线性用户，电能值小于基波有功电能，不利于维护电力企业和线性用户的利益，并且应用电子式电能表存在误差绝对值大的情况。如果选用此种计量方式，必须要选用专门的基波有功电能表。

3.2  技术管理

为了降低谐波对电能计量的影响，对于存在电压或者电流波形畸变的用户，应该选用新型的数字电能表计量，或根据谐波测量的实际情况选用滤波装置，尽量降低电力系统中存在的谐波含量，减少谐波对电能计量造成的影响，提高电能计量结果的精确度。

4  结束语

电力谐波对电能计量存在较大的影响，降低了电能计量的精确度。为了保证电力生产、供电以及用户的经济利益，供电企业必须从实际出发，分析谐波产生影响的原因，然后从多个方面分析，采取切实可行的处理措施，争取不断提高电能计量的可靠性。

参考文献

[1]胡志刚，许凯，崔永峰.电能计量芯片ADE7878在智能表中的应用[J].电测与仪表，2010（S2）：32-33.

[2]张峰.数据采集中滤波问题的探讨[J].计算机时代，2010（07）：15-16.

〔编辑：刘晓芳〕

To Investigate the Effect of Harmonics on Power Metering and Countermeasures

Wang Rong

Abstract： If you are affected harmonic energy measurement， accuracy of its measurement will be greatly reduced. Harmonic energy metering device would have been affected， but also is a factor harmonic power system cant be eliminated， then， how to reduce the effects of harmonics on the energy measurement of power has become an important issue facing enterprises. The influence of harmonics on power metering and propose appropriate measures for improvement， for reference.

Key words： harmonic; energy metering; mutual inductance device; fundamental energy