谐波存在时的改进电能计量方法及应用

摘 要：随着社会经济和科学技术的不断发展进步，电力电子产品应用规模和范围日趋扩大，促进了用电数量的增多。伴随其产生的是用量量的增多导致在电网中产生大量谐波，不仅造成电力部门压力增大，而且对于电能计量准确性造成不利影响，给社会和人们带来巨大危害。基于此，本文着重分析了谐波存在时电能计量改进方法及应用。

关键词：谐波；电能计量方法；改进；应用

电能作为当前人们生产、生活中不可或缺的重要组成部分，其作用和地位无可替代。对于国家来说，电力事业的规模与质量已成为衡量国家或地区发展的重要指标。当前，我国电力资源消耗呈现出日益增大趋势，电力输送压力日趋加大，电能计量工作日渐重要。然而，由于电力电子产品增多导致电力网络中谐波数量不断增多，给电能计量工作带来严重阻碍。如何避免谐波带来的危害，改进和优化电能计量方法，已成为当前电力市场研究的焦点问题。

一、谐波概述

对于谐波概念，国际上已有统一定论，即一个周期性电器量正弦波的分量，谐波的固有频率一定为基波的整数倍，而这个整数倍的数值被称为谐波次数[1]。在电网运行过程中，谐波的产生不可避免，其在电网中对电网运行产生一定不利影响，尤其是对电能计量准确性方面造成威胁。电能计量由于谐波造成的误差可用公式表示（如式1），该误差反映的是被测量电能值与电能表读数值间误差。

式1

电力运行中，谐波产生及其造成的危害不可避免，主要表现为在电网中，谐波的产生引发了一系列谐振现象，其对输电线路电压或电流的稳定性具有不利影响，造成电压或电流过高。电压或电流的不稳定对于输送线路和电气设备具有诸多危害，轻则造成其老损加重、测量与计量仪器异常、传输信号中断或失真等，重则造成部分仪器过热、损坏甚至爆炸，对输电线路造成熔断或燃烧等危害，这不但增加了电力部门的经济损失，而且对于电力维护人员的人身安全造成一定威胁。可见，应重视谐波对电网运行的危害，优化的完善谐波存在时电能计量方法，这有利于促进电网安全稳定运行，有利于减少或避免各种误差的产生，有利于保障相关部门或人员的经济和人身安全不受危害。

二、谐波存在时电能计量误差分析

由于谐波自身具有一定功率，其影响力电能表计量显示，造成了实际功率与仪器显示数字间误差。在谐波产生过程中，在基波电压与电流中诸多，若基波自身电压与电流值不变，谐波进入到电能表中，导致其实际电流发生变化，从而促进了电能表阻抗结构与线圈作用变化，造成了电能表数值偏差产生。电能表多余负荷主要来自于多余电量，超负荷长时间运行，造成了电能表精确度明显下降，进而致使其其他相关工作开展受限。

供电实际工作过程中，电能表的计量受谐波产生的源头影响较大[2]。当谐波出现在用户源头时，其在一定程度上损害了电网，造成其电能表较基波电能小，导致误差产生，致使用电客户所交费用较实际应缴费用偏低，从而给电力企业造成了经济损失；当谐波出现在非用户端时，较实际用电值，电能表计量值相对偏大，导致用电客户所交费用较实际应缴费用偏高，从而给用电客户带来了一定经济损失。此外，谐波出现在非用户端时，其在一定程度上造成了用电客户各类电器损伤，给用电客户带来诸多损失、不便和安全隐患。

三、谐波存在时的电能计量改进方法及应用

针对谐波存在时，电能计量产生误差问题，一种较为简单的改进措施为在电能计前加装低通滤波器，实现对谐波的过滤效果。可见，电能表只需对基波电能进行计量。然而，在实际应用中发现，加装低通滤波器效果不明显。为了有效避免谐波存在对电能计量准确性的影响，可以采取如下改进方法[3]。

（1）频域电能计量法

具体步骤为：首先，加窗处理电网内电压信号序列和离散化电流，促进频谱泄漏减少，从而实现谐波分析受外界影响降低；其次，将电压序列与谐波电流进行加窗处理，再通过离散傅里叶进行转换；第三，对频域参数依据EET计算方法进行估算，从而求出电压与电流信号中谐波分量频率偏差、幅值以及相位等。谐波存在时电能计量影响数据可通过仿真实验获取，并通过三角自卷积窗法实现基波电能精确计量。

（2）带加权系数的谐波有功计量法

带加权系数的谐波有功计量法主要分别对谐波电能、基波电能进行计量，其改进后计算公式如式2所示：

式2

式2计算方式一方面可以一次补偿电力系统中受谐波危害的线性负荷，另一方面则可以合理处置非线性负荷用户引起的谐波电能，从而依靠经济手段达到降低谐波对电力系统影响，保证了电能计量的精确性、合理性和公平性。

带加权系数的谐波有功计量法常用于谐波污染严重的系统，诸如三类用户、发电站、大动力用户等。此外，用户可以采取其他积极有效的措施对大的谐波源进行谐波治理，进而实现线性负荷用户受谐波损失的补偿。

四、小结

总而言之，作为电力系统运行中难以避免的现象，谐波对于电力系统损害和威胁电能计量精确性等具有重要影响。针对谐波所带来的危害，应采取积极有效方法对电能计量进行优化改进，从而确保谐波影响最小化和保障电力企业和电力用户各方面利益不受损害。■

参考文献

[1] 韩兴，蔚永军，谐波存在时的改进电能计量方法及应用[J].科技论坛，54.

[2] 温和，腾召胜等，谐波存在时的改进电能计量方法及应用[J].仪器仪表学报，2011年1月，第32卷第1期：157-162.

[3] 郑斌，谐波存在时的电能计量改进方法和实践应用研究[J].科技与创新，2015年，第2期：98-101.