电能计量受供电系统谐波的影响分析
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【摘要】供电系统谐波的存在，对电能计量的准确性造成了一定的影响，如果不采取一定的措施进行处理，将会影响电力用户、发电企业、输配电企业三者的共同利益。文章分析了供电系统的谐波源，探析了谐波对电能计量的影响，并提出了在谐波影响下提高电能计量准确性的几点措施，以供参考。
【关键词】电能计量；供电系统；谐波；影响
一、前言
随着社会的进步，电力用户对电能质量的要求也在不断的提高，人们不仅仅只关注供电系统的频率和电压，对供电系统谐波的关注度也越来越高。供电系统谐波会影响电能计量的准确性，进而影响电力用户与输配电企业、发电企业之间交易的合理性与公平性，因此研究供电系统中谐波源的分布状况，分析谐波存在下对电能计量的影响，然后采取影响的措施提高在谐波影响下提高电能计量准确性的措施进行处理，对保证电能计量的准确性具有十分重要的现实意义。
二、供电系统谐波源的分析
供电系统的谐波源主要包括以下几种：其一，各种交直流的电力电子变换器装置，电力电子变换器装置是目前主要的谐波源之一，供电系统中大、中容量的整流负荷通常采用三相12脉动整流桥和三相6脉动整流桥，由于整流器的非线性导致产生谐波；其二，电力机车引动大功率单相整流负荷的谐波源，由于电力机车牵引大功率单相整流的波动性相对较大，并且还具有不对称性和非线性，在供电系统中产生负序分量，导致供电系统产生高次谐波，影响供电质量，此外，当负序分量和谐波进入电网时，不仅仅会造成供电质量的下降，还会对整个供电系统造成危害；其三，电弧炉、电弧焊机类强冲击性、非线性负载的谐波源，电弧炉、电弧焊机电流波形存在较大的畸变，三相电流严重不对称，含有大量的高次谐波；其四，含有变压器等铁磁非线性谐波源，不论变压器三相绕组如何接线，电流中都会存在大量的谐波，并且互成回路，该种谐波源在供电系统谐波源中占有的比例相对较小。
三、谐波对电能计量的影响分析
（1）谐波对数字式电能表计量的影响分析。数字式电能表是在电子式电能表的基础上提出的，通过数字乘法器，采用A/D转换器把电流与电压进行数字化相乘，这样能够得到很高的测量准确度。通常状况下，数字式电能表对电流信号、电压信号进行周期性的采样处理，当处理过程受到谐波的影响时，将会影响采样周期的信号频率，导致信号频率和实际信号频率不一致，导致出现频谱泄露，从而引起栅栏效应，导致数字式电能表计量出现误差。对于谐波对数字式电能表计量的影响，可以采用FFT算法进行测频和采样处理，能够有效的降低谐波对电能计量的影响，保证数字式电能表在谐波存在的条件下，依然能够较为准确的计量电能。
（2）谐波对电子式电能表的影响分析。随着电能表产业的快速发展，电子式电能表已经被广泛的应用在供电系统中，并且逐渐的研制出了电子式多功能电子表，例如DSSD666-H系列多功能电子电能表。电子式电能表主要采用模拟式分割乘法器实现对电能以及电功率的计量，随着供电系统谐波含量的增加，电子式电能表以更宽的频率相应，计量的误差也随之增加，并且计量误差还随着谐波频次的升高而不断的增加。通过对电子式电能表进行误差分析，电子式电能表由于频带较宽，对谐波电能以及基波电能都能够较为准确的计量。但是，不能将基波功率和谐波功率进行同等对待，这样会导致计量误差的增大。此外，电子式电能表在设计上并没有考虑计量高次谐波功率，因此电子式电能表计量非线性负载功率时，同样漏计了谐波所消耗的功率，这样不仅少收取了用户的电费，还增加了线路的损耗，进而损害了供电企业的利益。
（3）谐波对电磁式电能表的影响分析。电磁式电能表通过利用处有关磁场形成力的原理和在交变磁场金属中的感应电流制成，由于电磁式电能表是根据工频正弦波进行设计的，因此，只有保证其在较窄的工频范围内才能表现出最佳的运行性能，当供电系统中的波形发生变化时，将会导致电磁式电能表中的感应电流发生畸变，从而引起电磁式电能表计量产生误差，不同谐波频率下的误差值存在一定的差异，并且谐波的频率增大时，电磁式电能表的计量误差也会随之增大。根据电磁式电能表的计量原理，能够得出在谐波影响下对用户电能使用的影响：其一，当用户为非线性用户时，用户除了消耗自身部分的谐波外，还应该向电网输送谐波分量，但是电磁式电能表计量的电能是基波电能，并且扣除了这部分谐波电能，导致计量值比实际值小，这样就导致出现虽然非线性用户污染了供电系统，但是反而少缴费的状况；其二，当用户为线性用户时，基波和谐波的潮流方向相同，电磁式电能表计量的电能包括了谐波电能和基波电能，导致计量值超过实际值，导致出现线性用户为谐波的受害者，还需要多缴纳电费的状况。
四、谐波影响下提高电能计量准确性的措施
（1）选择性计量电能。将电流信号和电压信号经过数模转换器转化成数字信号，然后通过数字化计算得到相应的总功率，再进行相位校正。如果谐波功率和基波功率的方向不同，此时计量谐波电能和基波电能的总和；如果谐波功率和基波功率的方向相同，则只计量基波电能。
（2）采用工频基波电能表和宽频带功率电能表相互配合的方式，协同发挥作用。这种方式既能够测量谐波潮流的方向和大小，又能够计量基波的功率，实现对谐波电能与基波电能的精确计量。
（3）利用分频技术对谐波电能和基波电能进行计量，对谐波电能部分增加必要的惩罚电能费用，并且对吸收或者消耗谐波电能给予一定的奖励，进而有效的控制谐波源的扩散，通过降低谐波源的数量来降低谐波对电能计量的影响。
（4）在供电系统中引进高阶低通滤波器、双频滤波器、单频协滤波器等，将电能表的高次谐波过滤掉，这样电能表就只记录基波功率及其消耗的电能。这种方式比较容易实施，并且通过这种方法能够保住线性负载用户和供电企业避免在缴纳电费方面带来的损失。
（5）在供电系统中引进大变频电能表，这样能够对线性负载基波功率进行准确的计量，但是这种方法不适用于非线性负载用户。
（6）电力部门应该不断的提高管理水平和技术水平，通过制定相应的制度，限制进入电网中谐波的量，将谐波的含量控制在不影响电能计量的范围内，保证电能计量的准确性，进而保证电力用户、输配电企业、发电企业的共同利益。
五、结束语
总而言之，电能作为国民经济以及人们日常生活中的重要能源，电能计量的准确性直接关系到电力用户、输配电企业以及发电企业三者的共同利益，因此，保证电能计量的准确性势在必行。但是，由于谐波的存在，对电能计量的准确性造成了一定的影响，直接损害了电力用户、输配电企业以及发电企业三者的利益，因此十分有必要展开谐波对电能计量的影响分析，然后采取相应的强化措施进行处理，保证电能计量的准确性，进而保证三方的利益，进一步促进我国供电事业健康、稳定、快速的发展。
参考文献
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