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电力谐波对电能计量影响的分析与探讨

发表时间：2021/7/1 来源：《建筑科技》2021年7月上作者：田嘉乐

[导读] 电力谐波是影响电能计量的关键因素，为使电能计量更具准确性，必须要对电力谐波可能会对电能计量带来的影响进行分析，进而运用科学的技术措施进行防范，保障电能计量工作顺利开展。

广东省云浮市质量计量监督检测所田嘉乐 527300

摘要:电力谐波是影响电能计量的关键因素，为使电能计量更具准确性，必须要对电力谐波可能会对电能计量带来的影响进行分析，进而运用科学的技术措施进行防范，保障电能计量工作顺利开展。
关键词:电力计量；电力谐波；影响
        0引言
        近年来，中国电力行业发展迅速，电能计量工作对于电力行业发展起到举足轻重的作用，为使电能计量更具准确性、规范化，必须要不断创新电能计量理念、优化电能计量效率及质量，将电力谐波的影响力降到最低。邓国学[1]指出，在电力计量工作实践当中，工作效率会受到谐波的影响，但因谐波作用区域的不同，所表现出的影响力也不同，为此，无论是防治措施还是具体整治手段，都应该通过优化谐波源表现及谐波具体产生的影响范围，使电力计量达到可靠性、可行性标准。下文笔者就结合电力谐波基本概念的解读，对电力谐波对电能计量的影响及优化措施谈几点认识，希望能为相关从业者提供帮助。
        1电力谐波基本概念
        1.1谐波的定义
        谐波为在一个特定的周期中正弦电量，其谐波频率是基本频率的正整数倍。其中基波频率即为在额定工作状态下的工作频率。
        1.2谐波的种类
        高次谐波是基波的整数倍。一般来说，3,5,7...2n+1次谐波称为奇数谐波，2,4,6...2n谐波称为偶数谐波。在电力系统中，奇数谐波的影响非常大，三相电力系统的平衡决定偶数谐波相抵消，由于奇数谐波的含量不相抵消而逐渐增加。间谐波是指频率为基波的非整数次谐波。有时可能会低于基波频率，因此又称之为次谐波。因其含量较少，因此本文也不进行研究探讨。
        1.3电力谐波功率计算
        根据电子电能表工作原理各次谐波分量的叠加来表示u（t）、i（t），如下所示：

        其中:k为同次谐波的电压电流的相位差，即可得到电压、电流基波及各次谐波功率，从而准确得到有功功率。在这种情况下工作的电子电能表测得的系统能量是基波能量和谐波能量之和。换一句话说，无论是基波还是谐波电能，电子式电能表的响应是相同的，计算的是全波电量[2]。
        2电力谐波对电能计量产生的影响
        2.1基波条件下的线性负荷影响
        在电源的电压、电流没有发生畸变时，流经线性负载的电压、电流也不会发生畸变，即输出的波形为正弦波，此时线性负载的基波功率和线路阻抗功率之和就是电压源发出功率，与假设功率一致。
        2.2基波条件下线性与非线性影响
        在输入信号电压、电流没有发生畸变，线性负载和非线性负载同时接入条件下，将各次谐波的功率放在一个计量模块内，首先计量模块分别对电流、电压进行采样。其次利用MATLAB自带快速傅里叶变换函数对波形中的每一次谐波的电压幅值U和电流幅值I以及相位差进行计算。当二极管导通时，非线性负载产生的五次谐波和七次谐波含量较多。其功率值为负值，而线性负荷和线路阻抗的谐波功率值为正，说明电源的电压、电流没有发生畸变，也就说电源只发出基波电能[3]。线性负荷和线路阻抗从系统中吸收基波功率，同时也吸收了谐波功率，而非线性负载则发出了谐波功率，因此非线性负载是电力系统谐波产生的主要来源。但是由于电力系统中存在大量的非线性负载，因此电压源很可能已经发生了形变。通过上述实验可知，当非线性负载加入时，线路中产生了大量的奇次谐波，因而本文只考虑了奇次谐波加入后的影响。
        2.3谐波条件下的线性负荷影响
        由谐波标准可知，35kV的线路电压的畸变率不得高于3%，其中奇次谐波的畸变率不得高于2.4%，偶次谐波的畸变率不得高于1.2%。假设电源幅值为36.75KV，频率为50HZ，相位角为0的电压源功率因素为0.9，线路阻抗为?14.33j，三次谐波的幅值S3U=2.4kV，频率为150HZ，谐波含量为1.7%，五次谐波幅值S5U=1.8kV，频率为250HZ，谐波含量为1%。
        2.4谐波条件下的线性负荷与非线性负荷影响
        当电源的电压发生畸变时，对线性负载和非线性负载都有影响，此时线性负载和非线性负载都要从系统中吸收谐波功率，使得电能计量的电能大于基波功率[4]。
        3电力谐波影响下电能计量的优化对策
        3.1优化计量方式
        优化计量方式、提高计量管理有效性是降低电能计量管理中谐波影响的重要途径，一般的，会选用全能计量和基波电能计量两种方式。全能计量方式下，对电能表要求较高，需要电能表能够准确、全面地反映出谐波电能，以达到降低谐波影响，提升电能计量准确性效果。对于线性用户，可选择应用电子式电能表。这种电能表可有效降低计量误差，使谐波影响降低到零影响。基波电能计量是一种最为高效的计量方式，其准确性强特性使得在运用中可准确地表达出基波有功功率和有功电能。在应用基波电能计量过程中，首先应保证运用方式的准确性及合理性，剔除谐波有功功率进行电能计量，也就是说不论是非线性用户还是线性用户，在应用基波电能计量实践之中，电能表只能反映出W1，可说明两种计量方式均存在计量准确性不足问题，为改善这一现状，需将基波有功电能表配备其中，实现提高功率因数、强化电能计量准确性目标。
        3.2降低谐波使用量
        实现电能计量准确性、降低电能计量谐波负面影响的另一种有效途径为控制谐波使用量，即从源头上加以控制，减少电网中谐波应用总量。应用谐波的主要目的在于保证电能供应充足，但结合谐波应用实际现状来看，大量应用谐波会对电能正常供应及运行带来损害，尤其是对电力设备及线路方面的损害。为使这种损害程度降到最低，可通过进一步加强电力设备及线路保护措施，不断改进电路运行方式，改善负载性质，就可最大限度地减少电网谐波使用量，在为电力企业节约输出成本的同时，保障了企业经济效益，助推电力企业的可持续发展[5]。
        3.5运用有源滤波法和无源滤波法
        降低谐波产生量，抑制谐波产生过程是实现合理管控电力谐波的有效的手段之一，一般的，会应用有源滤波和无源滤波两种方式使供电系统在电力谐波的作用下受到的影响最小化，降低了谐波电流形成的危害。有源滤波法也就是主动预防方式，是消除电力谐波有效方式之一；无源滤波发也叫被动防御方式，即关断电力电子器件产生和负压电流中谐波电流相位相反，抑制和消除分量大小相等的电流，降低谐波产生量。通过对两种方式的科学应用，可适当减轻电力谐波对电气设备带来的影响和危害，为提升电能计量工作效率提供了可能。
        4结束语
        从当前众多电网运行实际状况来看，电力设备产生谐波问题难以避免，严重制约着电能计量工作效率的提升，影响着供电企业的直接经济效益，为此，相关电力单位应进一步加强电力谐波分析与研及，结合电力谐波带来的重要影响进行电能计量方式的改进与优化，通过创新技术手段达到降低电力谐波影响之目标，有效保证电力计量工作准确性，助推电网产业的良好发展。
参考文献
[1]邓国学.浅议电力计量中电力谐波的影响与措施[J].应用能源技术，2020-（12）-25.
[2]钟爽.电力谐波对电能表电能计量的影响分析[J].电工技术，2021-（01）-10.?
[3]何建新.关于电力谐波对电能计量影响的分析与探讨[J].电子测试，2021-（06）-05.
[4]黎庆辉.电力谐波对电能计量影响的探究[J].中国标准化，2019(22):201-202.
[5]马晨亮.浅议电力谐波对电能表电能计量的影响分析[J].中国新通信，2018，20(14):235.