基于谐波对电子式电能表计量的影响分析

【摘 要】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。

【关键词】谐波；电子式电能表；计量

1 电力系统的谐波问题

1.1 谐波的定义

基于狭义来讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲，供电交流电网有效分量为工频单独频率，其余不同于基频则为谐波，谐波处于不同线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。

发电机组设备没有完全对称的绕组的三相发电机，电机铁心无法完全统一均匀和排除各种影响因素，以致以电能产生的同时也产生了谐波。

电力传输和分配系统通过变压器能大量产生谐波电流，由于变压器铁心饱和，非线性磁化曲线的存在，同时变压器内部设计经济考虑，制定工作状态的饱和期，附近的磁化曲线中的磁通密度选择从而使磁化电流峰值波形，在非理想条件下的奇次谐波的存在饱和度、 铁核心结构形式和它的大小是相关上级的磁路结构，铁芯饱和，变压器行动点偏离线性越远，谐波电流变得越来越大。

晶闸管整流在电力机车、 铝电解槽、 充电装置和其他方面大量应用，对电网产生了大量谐波电流。其通过对缺角的正弦波的吸收，并因此留下另一个部分缺角的正弦波如果整流装置为单相整流电路带感性负载时的谐波电流 ；随着容性负载谐波电压、 谐波含量增加相对增加，如果整流装置为三相全控的桥式整流电路与 6 脉冲电容值，变压器和电源供电电路包含 5 个或更多奇次谐波电流 ；如果是12 脉冲整流器，有超过 11 倍以上奇次谐波电流。

1.3 谐波的危害

谐波对电力系统是有害的，其主要危害包括：

2 电子式电能表的工作原理

其工作原理框图如图1所示。被测量的高电压u、大电流i经电压变换器和电流变换器转换后送至乘法器M，乘法器M完成电压和电流瞬时值相乘，输出一个与一段时间内的平均功率成正比的直流电压U，然后再利用电压/频率转换器，U被转换成相应的脉冲频率f，将该频率分频，并通过一段时间内计数器的计数，显示出相应的电能。

除了以上的几个点，电子式电能表还包括直流稳压电源、 直流电压提供适当的每个部分的电子线路，直流稳压电源采用降压变压器、 整流电路、 滤波电路的稳压电路等几部分组成。

3谐波对电子式电能表计量的影响分析

3.1 电子式电能表的有功计量方法

电子式电能表计量有功就是用A/D采样数值计算的方法，实际上用户负荷是不断变化的，无法快速而精确的测得4个周期的电压有效值、电流有效值，以及电压、电流向量之间的相位差所以无法直接计算功率，但功率可通过电压、电流的瞬时值计算而得，所以可以通过对电压、电流瞬时值采样的办法计算功率，将采样点电流、电压相乘相加再乘以采样周期就是平均电能实践表明引起这种电子式电能农计量误差的原因不仅是采样次数和A/D转换精度，主要是通过电压、电流互感器及其后的放大线路元器件分散性造成的幅值误差和相位误差在测量电能量时，电网电压、电流要经测量用互感器转换成弱电信号后才送入电能表，因此测量用互感器的准确度直接影响着测量结果的准确程度，如果测量用互感器存在非线性，当崎变信号经过互感器时，互感器对各次谐波成分的转换比例就相差甚大，从而使被测信号发生变形在这种情况下，测量误差会很大，在波形崎变情况下，互感器的波形变换误差随谐波次数的增加而非线性的增大，偶次谐波的波形变换误差比奇次谐波更加大。

3.2 电子式电能表的频率特性

电子电度表具有较宽的频率效应时的电网电压和电流信号只有信号失真，和另一个信号是根据正弦函数正交性可用电子式电能表的正弦波，在这种情况下，误差小。当电网电压和电流畸变会发生时，基于测量的谐波功率频带仍然可以准确，该表能将基波功率和各次谐波功率同时作为测量值。

3.3 谐波情况下对电子式电能表的影响

相关研究结果显示，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1kHz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，谐波对线性用户有害，但其电能也被计入，多计入电能而对非线性用户来说，他们产生谐波并将部分倒流入电网，此时电能表计量的是基波电能减去倒流入电网的谐波，虽然对电力电网谐波非线性谐波污染排放到整个电力用户，但少计了电量，产生了鼓励用户向电网注入谐波的反作用，所以该测量方法是不合理的。例如过往改善方法是： 添加前低通滤波器，除了基本的谐波外过滤只有基本功率测量，对线性用户来说 无用的谐波电能不计量在内 ；非线性用户，测量的基波的电量，而不是基波测量产生成的谐波，所以这项措施也是很不理想。

4 建议措施

针对上述情况我们提出几种建议措施，具体措施如下：

5 结语

总而言之，采用误差小、准确度高、起动电流小、超载能力强、防窃电、可实现抄表自动化管理且表损低的全电子电能表，不断提高计量的准确性和降低谐波，确保用户端设备完好和生产安全，稳定电网不浪费电能等。