Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 探讨电力系统谐波对电力计量的影响 左 明 （国网重庆城口县供电有限责任公司。重庆４０５９００） 【摘要】电力系统谐波所引发的电流、电压畸变会对电力计 量产生直接的负面影响，造成电力计量损失或是失真，提高谐波计 量电表工作的灵敏性和精确性逐渐成为了我国电力事业近年来发展 的主要方向。本文根据笔者工作实践，对电力系统谐波产生的原因、 分的转换比例就会不一样，这就导致被测信号发生变形，不能进行 准确测量。 ３电力系统谐波对电力计量合理性的影响 普通的电能表计量的电能是各次谐波电能和基波电能的总和， 电力系统谐波对电力计量准确性的影响进行了探讨。 【关键词】电力系统；谐波；电力计量 １电力系统谐波概述 电力电子设备出现之前，产生谐波的主要是变压器，产生的谐 波属于奇次谐波，是一种量值较小的有限的谐波源。目前由于变压 器带来的谐波量值较小，所以其他的电力电子设备渐渐代替了变压 器，产生的谐波成为了组合形式丰富的多次谐波。电力电子技术一 般是用整流二极管作为整流器件，将交流电转化成直流电。因此电 子电力技术普遍的电能形态是整流二极管工频整流的ＡＣ／ＤＣ转换 形式。一般来说首先选择的都是桥式整流器滤波和大电容器为 Ａｃ／Ｄｃ转换器，其中就包括直流电力机车、电化学工业整流、电源 电子整流器和变频调速器等这些设备。受到大容量的滤波电容器的 影响，一般二极管的导通角比较小，如果使它能够导通，就必须使 交流电压达到正弦波的最高值，因此导致交流输入电流的波形发生 了畸变，甚至三次谐波在某些情况下超过基波。 在受到非线性整流的影响时，可以将交流线路中的电流（ｉ）输 入，这样波形就不再是正弦波了，转变周期畸变波形的频域，一般 是把交流进线电流（ｉＳ）表示为工频基波分量和工频为整数倍的谐 波分量的综合。 假设电源电压为纯正弦波，那就只能用基波电流传输平均功率。 这是因为其相位不是９Ｏ。并且具有相同频率，平均功率不为零。整 流器的平均输出功率就是由电流电压均方根值与进线电流基波均方 根值（Ｉ’）的乘积得出，然后再与Ｉ’相乘后在ｕｓ相位角 １的余 弦ＣＯＳ １，表现公式为Ｐ＝Ｕ（ｓＩ’）ＣＯＳ １。视在功率的计算公式 是：Ｐ＝Ｕｓｌｓ，其中ｕｓ与Ｉｓ都是有效值。功率因素的公式表示为： ＰＦ＝（有功功率）／（视在功率）＝Ｐ／Ｓ。从上述公式中可以得知：ＰＦ＝Ｕ （ｓＩ’）ＣＯＳ １／ＵｓＩＳ 在进线电流Ｉ’产生畸变的时候，如果电流的比值（Ｉ’）／ＩＳ越 小，那么整流器本身的功率就会越低。所以在ＡＣ／ＤＣ的转换电路中， 可以将输入电流当作非正弦，输入电压为正弦，将谐波电流所场所 的二次效应忽略不计。 ２电力系统谐波对电力计量准确性的影响 电力系统谐波影响了电力计量的准确性，这些影响是指存在谐 波电流和电压的状况下，电能表是否可以将通过电能表的有供电能 准确的计量，电能表计量出现的误差（ｅ）是计量电能（Ｅｍ）和被测 电能（Ｅｔ）之间的相对误差，用公式表示为：ｅ＝（Ｅｍ—Ｅｔ）／ＥｔＸ１００％ ２．１感应式电能表 电能表的频率特性是用来研究波形畸变对计量影响的。电能表 的频响曲线是否平坦，对计量误差有很大的影响。感应式电能表最 佳的工作性能表现在只有在电压和电流都是正弦波，并且在工频附 近较窄的范围内的时候。一旦系统中的电流和电压波形产生畸变， 偏离了正弦，那么就会导致感应式电能表不能准确计量。并且被测 电压与电流的谐波频率越高，电能的负误差就会越大，难以对通过 的电能准确测量。 ２．２电子式电能表 从理论上来说，对于不同的被测信号波形，电子式电能表会产 生不同的响应，从而产生不同的误差。当电压或者电流的其中之一 发生畸变时，电子式电能表就会出现些微的误差，但是误差较小可 以忽略不计；当电流和电压的波形全都发生了畸变，与正弦偏离的 时候，电子式电能表的误差则在它的精度范围之内。 在对电能量进行测量的时候，也要对电网电流和电压进行测量， 然后用互感器将其转换成弱电信号以后，再输入电能表。所以测量 结果是否准确直接受用互感器的影响。如果用互感器在测量中存在 非线性的特征，那么当畸变信号通过互感器的时候，各次谐波的成 ２６８ ｌ华东科技 但是各次谐波电能可能会根据负荷的情况产生不同的方向。电力系 统更希望用基波电流，使电网的电压也成为基波电压，从而可以为 线性负荷的用户降低影响。现在大部分用户也认为测量基波电能较 为合理。但是在现阶段，很多用户都是非线性的负荷，例如逆变器、 整流器、冶金等的负荷，这些谐波电流是流向电网的。 电力系统谐波对电力计量合理性的影响表现在：首先，当系统 的电源表现为正弦波的时候，线性负荷的电流和电压的信号也都表 现为正弦波，只是消耗基波的有功功率；第二，当非线性负荷的电 流产生畸变的时候，电压表现为正弦波，又因为只有同样频率的电 流和电压的积分才不等于零，因此电路消耗的有功功率就只是同样 频率的电流和电压的积分，那么这个电路也就只消耗基波的有功功 率；第三，当非线性负荷的电流和电压都发生畸变的时候，在消耗 基波的有功功率的同时，也消耗了谐波的有功功率；第四，当系统 的电压是正弦波的时候，线性负荷的电流和电压没有发生畸变，就 仅仅消耗基波的有功功率，但是非线性负荷既向系统注入谐波的有 功功率，也吸收基波的有功功率。 ４谐波电力计量中的应用及发展 ４．１谐波在对计量的应用 在谐波作用的条件下，电能计量的方式可以分为以下几种：（１） 将谐波进行过滤或者忽略，提高电表对抗干扰的能力，仅仅对基波 的功率进行测量，该方法即是纯基波计量方式；（２）提高了电表功 率反应能力，即是使电表显示出其实际的使用电量，该方式即是直 接将基波功率与谐波功率进行总体计算，不进行区分；（３）先对基 波功率和谐波功率进行区分，再分别进行计量。 ４．２谐波计量的发展方向 我国现代的电力计量方式为全能的计量。计量方式在基波电流 较为稳定的情况下，精确度较高，如果系统中存在谐波干扰现象， 且程度超过了计量设备的承受的能力，该午安能行的计量方式则会 出现误差扩大的现象，失真严重。为了防止。该类情况的出现，未 来计量表的发展方向是将谐波与基波进行隔离，并分别进行计量。 在研究过程中，将电力系统进行简化，对受到谐波影响的计量误差 建立模型，并分析处理，计量出受到谐波影响电流的具体值。 ４．３谐波电表的发展 现代技术水平已经研制出了谐波电表，能够专门对谐波的干扰 进行准确的计量。该类电能表的是在单片机技术条件下研制而来的， 采用多种先进的技术，使之具备了将谐波及基波转却区分，分别测 量及计算的性能，并实现了对于各项电能的计量功能，包括实际消 耗电能、基波有功电能、基波无功电能、总电能等。该类计量表的 优势在于其能够避免由于电表内部零件失灵、机械运转、倾斜度扩 大等因素引起的误差，但是目前还尚未形相对合理的收费系统，因 此，该类谐波电表的推广应用并不十分广泛。 ５结束语 本文通过对电力系统的谐波产生原因的分析，研究了在电力系 统中，经常会用到的电子式电能表和感应式电能表在测量谐波时对 电力计量的影响，得知不同的电力谐波会对电力计量的准确度产生 不同的影响，所以只有分别计量负荷消耗的谐波电能与基波电能才 是最合适的计量方式。电力谐波是电网中的电力设备产生的，其性 质类似于电阻，不能消除，只能进行控制，其出现一方面给电力计 量带来了较大的影响，另一方面及也刺激了电力计量技术的发展。 现代电力建设中，对于非线性载荷的投入逐渐提高，其产生的谐波 量也因此逐步升高。 参考文献： …１文俊，涂大石．对负载与谐波及电能计量问题的分析ｍ．电测与仪 表，２０１０． ｆ２１胡之荣谐波对电能计量的影响及对策讨ｆｅＤ］．云南电力技术，２０１１．
