國網(wǎng)宜昌供電公司客戶服務(wù)中心計(jì)量室 周婧姝

國網(wǎng)宜昌供電公司信息通信分公司 李 楊

諧波對電能計(jì)量造成的影響和解決措施探究

國網(wǎng)宜昌供電公司客戶服務(wù)中心計(jì)量室 周婧姝

國網(wǎng)宜昌供電公司信息通信分公司 李 楊

在電力系統(tǒng)中，電能計(jì)量工作可以為電費(fèi)的收取提供參考依據(jù)，因此計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性關(guān)系著電力企業(yè)和電力用戶雙方的利益。而電力諧波的客觀存在性，對于電能計(jì)量工作造成了巨大的影響。本文對電力系統(tǒng)中的主要諧波源進(jìn)行了分析，從計(jì)量方式和計(jì)量裝置兩個(gè)方面，討論了諧波對于電能計(jì)量的影響，并提出了相應(yīng)的解決措施。

諧波；電能計(jì)量；影響；解決措施

前言

在電力電網(wǎng)中，非線性負(fù)載的增加會引發(fā)電力諧波問題，進(jìn)而加速絕緣老化，引發(fā)附加線損，降低設(shè)備的工作效率，產(chǎn)生的危害不容忽視。不僅如此，電力諧波的存在，還會影響電能計(jì)量工作，損害電力企業(yè)和電力用戶的利益。在這種情況下，做好電力諧波的治理工作，保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，是非常必要的。

1 電力系統(tǒng)中的主要諧波源

對于交流電網(wǎng)而言，其有效分量是單一的工頻頻率，任何與該頻率不同的成分，實(shí)際上都能夠算是電力諧波，一般情況下，諧波是正弦電壓加壓于非線性負(fù)載，導(dǎo)致基波電流的畸變而產(chǎn)生的。諧波的存在，會對電力系統(tǒng)產(chǎn)生污染，不僅降低了電能的質(zhì)量，而且會在一定程度上增加附加損耗，給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來巨大威脅。因此，做好諧波源的分析，對于諧波的控制和治理而言是非常關(guān)鍵的。在傳統(tǒng)電網(wǎng)中，由于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡單，諧波源一般只有變壓器，而且諧波電流極小，基本上不會對電力系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。而伴隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，電力電子設(shè)備取代變壓器成為了主要的諧波源，在其運(yùn)行過程中，通常都會利用二極管，將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，或者利用橋式整流器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，而在電子開關(guān)、工業(yè)整流設(shè)備中，存在著一些容量較大的濾波電容器，會導(dǎo)致二極管導(dǎo)通角變小，必須在交流電壓正弦波最大值附近才可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，使得交流輸入的電流波出現(xiàn)了嚴(yán)重畸形的情況，三次諧波甚至?xí)诨ㄉ闲纬烧夥迕}沖，降低線路的功率因數(shù)。在現(xiàn)代電網(wǎng)中，變壓器、電抗器、整流器等都是諧波的主要來源[1]。

2 諧波對于電能計(jì)量的影響

2.1 諧波功率計(jì)算

在電網(wǎng)中，諧波的存在會引發(fā)諧波電壓和諧波電流，從而產(chǎn)生諧波功率，相應(yīng)的計(jì)算公式為：

其中，Un表示n次諧波電壓，In表示n次諧波電流，表示n次諧波的功率因數(shù)。

結(jié)合電力用戶的性質(zhì)，對于電網(wǎng)而言，諧波存在正負(fù)之分，如果用戶本身產(chǎn)生諧波，并且向電網(wǎng)輸入，則為負(fù)值，如果用戶吸收諧波，則為正值。負(fù)值諧波會導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷的增大，損害電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，正值諧波則會導(dǎo)致用戶用電量的增加，造成用戶的經(jīng)濟(jì)損失[2]。

2.2 諧波的影響

諧波對于電能計(jì)量的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是電能計(jì)量裝置，或者說電能表，二是電能計(jì)量方式，這里對其進(jìn)行分別討論。

（1）對計(jì)量裝置的影響：這里主要針對比較常見的電子式電能表進(jìn)行分析。與常規(guī)的感應(yīng)式電能表相比，電子式電能表在功能上更加豐富，操作和維護(hù)簡單，而且計(jì)量準(zhǔn)確度更好。其基本的工作原理，是通過對用戶端電壓和電流的實(shí)時(shí)采樣，通過相應(yīng)的集成電路，對采樣得到領(lǐng)的電壓和電流信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成脈沖輸出顯示，顯示的數(shù)值與電能呈正比關(guān)系。而在對相關(guān)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算的過程中，通過對不同頻率的采樣分析，處理終端能夠依照正弦規(guī)律變化的電壓與電流瞬時(shí)值，計(jì)算出與實(shí)際相符的結(jié)果，保證了帶能和計(jì)量的準(zhǔn)確性[3]。如果單純從理論層面分析，上述計(jì)量方式能夠?qū)崿F(xiàn)對于電路負(fù)載中基波與諧波總平均功率值以及實(shí)際用電量的可靠記錄，基本上可以將誤差控制在允許范圍內(nèi)。不過，電子式電能表在實(shí)際應(yīng)用中，會將基波功率和諧波功率放在同等的位置進(jìn)行分析和計(jì)算，從而導(dǎo)致了計(jì)算誤差的增大。與之相比，智能電能表本身的智能化特點(diǎn)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)量結(jié)果中存在的誤差，做出相應(yīng)的校正，能夠在很大程度上削弱諧波的影響，因此這里不作分析和討論。

（2）對計(jì)量方式的影響：一直以來，電力系統(tǒng)中采用的都是全能量計(jì)量的方式，而由于技術(shù)條件、電網(wǎng)規(guī)模、用戶性質(zhì)等的影響，諧波基本上不會造成嚴(yán)重影響，因此在電能計(jì)量環(huán)節(jié)可以忽略諧波的存在。不過，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，使得越來越多的電器設(shè)備開始走入人們的日常生活，諧波源呈現(xiàn)出不斷增長的趨勢，加上電網(wǎng)逐漸實(shí)現(xiàn)了全面覆蓋，整體結(jié)構(gòu)越發(fā)復(fù)雜，諧波的影響也在持續(xù)擴(kuò)大。諧波對于電能計(jì)量方式的影響主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面，首先，在非正弦供電的線性荷載中，采用全能量計(jì)量的方式，得到的數(shù)值同時(shí)包含了基波電能以及部分諧波電能，導(dǎo)致了用戶用電量的增加；其次，在電網(wǎng)中，非線性負(fù)荷會產(chǎn)生相應(yīng)的諧波功率，其中的一部分會輸入到電網(wǎng)中，在這種情況下，電能計(jì)量得到的數(shù)值實(shí)際上是用戶的用電量減去輸入到電網(wǎng)中的諧波功率，較實(shí)際偏小，損害了電力企業(yè)的利益；然后，當(dāng)負(fù)載非線性，電源畸變時(shí)，負(fù)荷不僅會吸收基波與諧波，還會使得諧波倒流回電網(wǎng)，使得電能計(jì)量變得更加復(fù)雜[4]。

3 應(yīng)對諧波影響的有效措施

針對上述問題，該如何才能有效也能夠?qū)χC波的影響，提升電能計(jì)量的準(zhǔn)確性和可靠性呢？結(jié)合電力企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，可以從技術(shù)和管理兩個(gè)方面著手：

3.1 技術(shù)措施

一方面，應(yīng)該在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，對電能計(jì)量方式進(jìn)行改進(jìn)，盡可能實(shí)現(xiàn)波電能與諧波電能的分別計(jì)量，消除諧波所帶來的不良影響；另一方面，應(yīng)該對計(jì)量裝置進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，提升計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。例如，可以結(jié)合分頻技術(shù)，針對電子式電能表進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和優(yōu)化處理，強(qiáng)化其對于諧波的辨識能力，使得其可以在電能計(jì)量中，準(zhǔn)確分辨諧波帶能和基波電能，甚至對諧波電能的大小以及傳遞方向進(jìn)行計(jì)量，減少乃至消除諧波對于電能計(jì)量準(zhǔn)確性的干擾和影響。

3.2 管理措施

一是強(qiáng)化系統(tǒng)準(zhǔn)入管理，如果非線性負(fù)荷進(jìn)入電網(wǎng)中，必須重點(diǎn)關(guān)注，嚴(yán)格對待，落實(shí)諧波的低含量，確保其不會超出國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍；二是構(gòu)建完善的諧波管理體系和諧波管理隊(duì)伍，重視宣傳工作，使得電力企業(yè)和電力用戶都能夠參與到諧波的治理中，對諧波源進(jìn)行有效控制，減少電網(wǎng)污染；三是應(yīng)該做好電網(wǎng)分析和測量，對諧波源的位置和產(chǎn)生原因進(jìn)行明確，為諧波的治理奠定良好的基礎(chǔ)。對于嚴(yán)重的諧波源，需要做好跟蹤管理，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，如果發(fā)現(xiàn)用戶設(shè)備產(chǎn)生的諧波超出了相關(guān)規(guī)范的允許值，則應(yīng)該要求用戶進(jìn)行整改；四是應(yīng)該完善報(bào)裝審批工作，針對新入網(wǎng)用戶進(jìn)行負(fù)荷特性的分析和審查，如果是非線性負(fù)荷，則需要做好測量工作，在超標(biāo)的情況下不允許其并網(wǎng)運(yùn)行[5]。

4 結(jié)語

總而言之，在電力系統(tǒng)中，諧波是客觀存在的，并不能完全消除，其不僅會導(dǎo)致電網(wǎng)的污染，而且會影響電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，損害電力企業(yè)和電力用戶雙方的利益。對此，電力技術(shù)人員必須強(qiáng)化認(rèn)識，分析電力系統(tǒng)的諧波源，了解諧波產(chǎn)生的原因及其對于電能計(jì)量的影響原理，采取切實(shí)可行的技術(shù)措施和管理措施，做好諧波的治理工作，提升電能質(zhì)量，保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確性和可靠性。

[1]李璨．電力系統(tǒng)諧波對電能計(jì)量裝置的影響分析[J]．電氣技術(shù),2014,(8):65-67．

[2]馮海清．關(guān)于諧波對電能計(jì)量的影響及解決措施的分析[D]．山東大學(xué),2015．

[3]劉座銘,呂項(xiàng)羽,常學(xué)飛,張宗寶．電力諧波對電能計(jì)量的影響及治理措施[J]．吉林電力,2013,41(2):32-34．

[4]程志強(qiáng)．諧波對電能計(jì)量的影響[J]．?dāng)?shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2011,(11): 215-216．

[5]王楨．電網(wǎng)諧波對電能計(jì)量的影響[J]．低壓電器,2012,(22):40-45．