系统谐波对电力计量的影响
【内容摘要】近年来，电力系统非线性负荷日渐增多，尤其是大功率用电设备的大量应用，使得注入电力系统的谐波电流越来越多，在给电力系统造成污染的同时，也给电力计量来带影响。本文在分析系统谐波与电力计量方式的基础上，就系统谐波对电力计量的影响进行了探讨。
【关键词】电力系统 系统谐波 电力计量 谐波影响
1 引言
随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，电力系统中的非线性负荷不断增加，尤其是大功率用电设备的大量应用，使得注入电力系统的谐波电流越来越多。系统谐波的不良影响，多发生在大功率换流器、电气化铁道、电弧炉、大型起重吊装、牵引设备等电子装置的应用之中。系统谐波在给电力系统造成污染的同时，也给电力计量带来严重影响，使得电力计量工作缺乏公平性。要提高电力计量的准确性和公平性，必须充分考虑谐波对电力计量的影响，采取合适的方法。下面，本文就系统谐波对电力计量的影响进行探讨。
2 电力系统谐波的成因分析
电力系统的谐波定义实际上是基于傅立叶分析，在电力系统中除了含有与电网基波频率相同的分量外中，还包含着大量频率大于电网基波频率的分量，这些大于电网基波频率的分量即是电力系统谐波。而在电力系统中，造成电压、电流正弦波形畸变产生高次谐波的负荷和设备即是谐波源。早期的电力系统没有电力电子装置，其谐波源主要是变压器，而随着电力电子装置的大量应用，变压器所产生的谐波影响已经极为微弱。目前电力系统中的谐波源主要的铁磁饱和型谐波源、电子开关型谐波源、电弧型谐波源三大类，如变压器、电抗器、整流器、逆变器、直流输电系统、双向晶闸开关、牵引站、电弧炉等等。这些非线性负荷在工作时，一边吸收电力系统所提供的基波能量，一边又将部分基波能量转化为谐波能量返送给电力系统，从而造成电力系统电压正弦波形发生基变，对电力系统造成影响。
3 系统谐波对电力计量的影响
目前电力系统所采用的电力计量工具有感应式电能表和电子式电能表两大类，其中系统谐波对感应式电能表的影响最大，而对电子式电能表的影响相对较小。由于篇幅原因，在这里主要针对系统谐波对感应式电能表的影响进行探讨。
3.1 感应式电能表工作机理
感应式电能表实现电力计量，实际上是依靠电磁感应产生转动力矩来实现的。当电流通过电压线圈时所产生的磁通，一部分会穿过转盘通过回磁板形成回路产生工作磁通，而另一部分则通过左右铁轭形成回路产生非工作磁通。此外，电流通过电压线圈时所产生的磁通，则两次穿过转盘经电流元件铁芯形成回路。电压线圈和电流线圈所产生的交变磁通在不同位置穿过转盘，在转盘不同位置产生感应电流也就是涡流，通过涡流和磁场的作用产生力矩推动转盘转动，转盘的转动实际上同其负载有功功率是成正比的，因此可以实现电力计量功能。
3.2 基波叠加单次谐波对感应式电能表的电力计量的影响
在基波叠加单次谐波时，由于谐波电流和谐波电流的磁通效应，将会产生附加的制动力矩，从而使感应式电产生负向误差，并随着谐波叠加次数的增加而不断呈现出略微增大的趋势。此外，谐波电流和谐波电压的谐波磁通效应不仅会造成附加的制动力矩，还会使感应式电能表的磁路工作状态发生变化，从而影响电能表的电力计量准确无误度，其中谐波电流的影响相较于谐波电压的影响更大。如果同时产生了电压和电流的畸变，电能表的工频电能计量能量和谐波功率测量能力都会受到严重影响，此时感应式电能表的电力计量误差将明显增大。
3.3 基波叠加多次谐波对感应式电能表电力计量的影响
在基波叠加多次谐波时，由于感应式电能表的转盘阻抗角会随着频率的增加而不断增加，此时通过圆盘的电压和电流磁通会减少，此外频率的升高还会使电能表产生负附加误差，随着基波所叠加的谐波次数的增加，感应式电能表计量的误差会呈现出负向增大的趋势。同单次谐波叠加相同，由于谐波电流和谐波电压引起的谐波磁通不仅会影响电能表的制动力矩，还会影响电能表的磁路工作状态，当存在重负荷畸变情况时，谐波磁通将会对基波磁通造成更大的影响，在这种情况下电能表的电力计量误差将会呈现出正误差趋势，这种情况尤其在谐波电流与谐波电压共存时更为明显。
4 如何降低系统谐波对电力计量的影响
现代工业生产的迅速发展是电力系统非线性负荷增加的主要原因，是最主要的谐波注入源，但谐波并非不可治理的，在实际应用中可以通过滤波器实现。
无源交流滤波器由电力电容器和空芯电抗器组合而成，是目前电力系统谐波抑制中应用较为广泛的设备。目前所采用的无源交流滤波器有单调滤波器和高通滤波器两种，单调滤波器针对特定次数谐波工作，高通滤波器则是针对某频率之后的一个较宽频带范围内的高次谐波工作。在实际应用中，滤波器与谐波源并联连接，通常情况下会将多组单调滤波器同高通滤波器配合工作，在工作中滤波器的电容器还兼作基波的无功补偿用以改善功率因数。如果电容器容量不能满足要求，可视情况加大滤波器电容容量并调整电抗器参数。在选择滤波器的参数时，主要考虑R、L、C等参数值，需要注意滤波器不能与谐波源产生并联谐振，不会同电力系统产生串联谐振，并保证电源频率变动情况下的协调能力。
5 结束语
随着电力系统非线性负载的增加，系统谐波对电力计量的影响越来越大，在影响电力计量准确性和公平性的同时，也直接影响了供电系统的服务能力和服务水平。在实际应用中，要针对谐波的影响，选用合理的电能计量设备和计量方法，以合理的计量用户消耗的有功电能，在必要情况下还需要根据谐波分量比例对用电价格进行调整，以提高电力计量的准确性和公平性。
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