电力谐波在电力计量中的应用分析

电力谐波在电力计量中的应用分析

李向前佘晓春李俊

哈尔滨电力职业技术学院150030

摘要：谐波作为电力工作的衍生品给正常运行带来困扰，但是不能完全避免，主要出现的原因是硬件内部的物理反应产生的，由于空间和形状的限制，谐波的杜绝是不可能的，只能从设备的强度上和利用谐波的物理特性来减少干扰的强度和形式，计量电表直接受到谐波的影响，文章从多方面介绍如何减少谐波的影响。

关键词：电力谐波；电力计量；应用

1电力谐波出现的原因

1.1发电源质量低出现谐波。如果想要消除谐波现象的物理前提是铁芯位置和间距在几何上完全完美。实际上这是不可能发生的，另外发电过程不是完全真空的，也不可能没有消极因素存在，多好的机器都会存在谐波，只是量多量少的问题。总的来说这部分的谐波不算太多。

1.2输配电系统出现谐波。通常是电力变压器中出现谐波，由于变压器铁心饱和，非线性的磁化曲线，设计变压器时的经济性，工作磁密处于磁化曲线的饱和段中，磁化电流就呈现为尖项波形，含有奇次谐波。变压器中铁心饱和程度越高，偏离线性就越远，出现谐波电流往往也就越大。

1.3用电设备出现的谐波。晶闸管整流在铝电解槽、电力机车以及开关电源等方面得到逐渐广泛的应用，使配电网出现了很多的谐波。整流装置是单相整流电路，接感性负载时往往富含奇次谐波电流，3次谐波含量就达到基波的30%，当电容值增大时，谐波含量也会随之增大。根据统计的结果，整流装置出现的谐波在所有谐波中的比例为40%，为最大的谐波源。

2电力谐波的测量方法

要想解决谐波问题就必须要进行谐波测量，这是研究谐波的出发点和主要的依据。测量谐波，可以对配电网里谐波的含量和潮流方向进行实时监测，并分析谐波流向，对正反向的谐波电量进行计量，并计量每次谐波的占有率以及谐波电压电流的幅值和相位等，根据计量的数据，电力部门可以制定出相关的谐波治理方式。谐波的特点主要有非平稳性、随机性、非线性以及复杂的影响因素等，使谐波在测量时很难做到准确。

目前，测量电力谐波主要有下面几种方法：模拟带通或者带阻滤波器进行测量；根据傅立叶变换的方式进行测量；根据瞬时无功功率进行测量；采取小波方法进行测量。每种方法都有自身的优缺点，目前的电力谐波测量中应用最广泛的是根据傅里叶变换的方式进行测量。

3电力谐波对电力计量的影响

3.1对电表电感的影响

机械式电表的组成部分包括驱动元件、转动元件、制动元件、轴承、计度器和辅助部件，其显示电量的原理是通过交变电压和电流在穿过电表转盘的过程中产生驱动力，从而使之转动并带动计数器字轮的转动，而且在不同电流、影响因素不同的情况下，即使通过多种方式进行调整，但都不能很好的控制其精确度。

感应式电能表的设计基础是交流电基波，电能表在计量时的工作原理是通过磁感应的驱动元件产生力矩，从而带动计度器计量电能。当电力系统因为各种原因导致谐波产生时，电能表上的电流、电压并不是正常情况下的电流、电压，而是受谐波的影响，谐波与基波相加后的畸变的电流、电压。

因此，由于驱动元件所产生的磁感应也随着电流、电压的畸变而发生变化，驱动元件上产生力矩也相应改变，从而对电能表的误差也造成了较大影响，所以感应式电能表（机械表）的误差受谐波的影响较大。

3.2对电子式电表的影响

不同被测信号出现不同的波形响应，电子式电能表出现的误差也会有相应的差别。正弦函数具有正交性的特点，功率的电压或者电流两信号中仅出现一个畸变时，导致电能表测量误差，不过误差很小，忽略不计。如果两信号的波形都出现畸变时，数字乘法器的构成以及时分割乘法器的构成使电能表测量出现的误差在可控精度范围以内。测量电能量的过程中，配电网的电压和电流在测量以后，借助互感器转变为弱电信号以后再进入电能表，所以，互感器自身的准确度对测量结果是否准确有着直接的影响。当用于测量的互感器出现非线性特性，畸变信号传输中途径互感器时，在互感器中转换每次谐波的比例就前后不一致，容易导致被测信号出现变形，此时，测量误差就会变得很大。从实践中得出，在波形出现畸变的情形下，在互感器中的波形变换的误差随着出现谐波频率的增高而增大，并且偶次谐波中波形变换的误差大于奇次谐波。

4谐波在计量中的应用和发展

4.1谐波对计量的应用。在谐波存在的情况下，谐波作用下的电能计量有三种方式：1）促进了电表功率反应性能的提高，实际上就是让电表尽量的反应出实际的功率，即基波和谐波所形成的综合功率，就是一种全能量的计量方式；2）对谐波进行过滤和忽视，即增加电表的抗干扰能力，只对基波进行功率测量，也就是一种纯基波的计量方式；3）利用电表对基波和谐波的功率进行分辨和区别计量，此种方式也可以看做是谐波电能计量的方式。此种方式随着技术手段和计费标准的改进将成为电能计量的一个趋势。

4.2谐波计量的发展。只看国内的计量方式的话，主要在应用的还是全能量的方法。这种计量手段适用的范围仅为基波平稳之时，在此范围内的效果可以得到认可。但不能抵抗半点谐波影响。一旦不在这个适用范围之内计量数据将不再有效。实现双向波的分别计量是电表功能更强大，效率更高超的表现，因为两种波的模型是不一样的，通过不同的处理之后分别接受和计量是有可能的，而计量的主要目标是对于谐波的，因为谐波的干扰作用，对于它的测量能够中和误差的产生，得到有效的最终数据。

4.3谐波电表的发展。实际上已经出现了关于谐波干扰的抗性设备仪表，能够特定应用在有谐波的地方，不过，由于收费准则尚未统一起来，没有确定的价格，因此尚不能大范围采用，但这不影响此仪表的性能优势带给人们的启发，它的抗谐波意义是巨大的。它的功能体现在有可能实现由机器运行，零件失效，平衡度被破坏造成的计量数据失效状况为零。这种电表起源就是电能表，通过更精细的技术加工而得到。采用大容量芯片，汉字点阵字库、A/D结合DSP结合CPU的形式，不断完善独立计算和计量的专用芯片，从而拓展了大量程、宽量限的电表，由此实现了对谐波和基波的进行分别测量而区别计量的能力，这样电表就具备了计量基波有功电能、基波无功电能、实际消耗电能、总电能等。全新的改进电子式电表具有更加宽的频率响应，误差频率特性曲线将更加的平直，所以对于有谐波存在的环境中，新式的电表即使有误差的存在，比起从前的感应式仪器来说，也是相当微弱的。而且在两种波的区分测量上效果很好。

5结语

谐波的存在在最初实际上是起负作用的。但是，它从相反角度推进了电表计量事业向着更全面更高级的方向发展，并引发了新的技术发现，这也许是谐波存在的意义所在，目前，谐波的数量和能量由于使用功率和使用者的数量在增加，由此产生的电流畸变所具有的阻力也在上升，这也推进了电表研究事业面临更加需要抉择的时期，对于功能强和精度高的设备有了更新的要求。对谐波的处理工艺是符合大的发展方向的，各单位人员应当积极配合，找到更加完整的处理方法并且将收费落到实处，找到适合我国国情的电表计量技术。

参考文献

[1]李鋭珺.浅谈电力谐波在电力计量中的应用及发展[J].城市建设理论研究，2013，2（39）：123-125.

[2]杨雪伟.谐波对电能计量准确度的影响及其解决措施[J].城市建设理论研究，2011，2（17）：87-89.

[3]赵其甲.电力谐波对电力计量中的影响及发展分析[J].电子技术与软件工程，2013，2（17）：43-45.