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摘 要：当下，电力谐波与电能计量之间的交互影响仍是一个科学和技术难题。本文在分析这些影响的前提下，提出了电力谐波对电能表产生的主要影响以及治理措施，以期促进我国电力技术进一步的更好更快发展。
关键词：谐波；电能；计量；电力影响
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）20-0076-02
引 言
谐波本质是周期电量的正弦波分量，谐波频率是基本频率的整数倍。因此，我们常把谐波称为高次谐波，而谐波的数量定义则用谐波频率与基波频率的比值来表示。按惯例，规定电力系统的功率频率作为基本波频率。随着铁路电气化建设的加速发展和风力发电、太阳能发电的不断发展，电网中的谐波含量不断增加，谐波将使电能计量的精度偏离轨道。因此，发电、供电和用电三方必须对电力谐波有一定的了解。只有合理控制，才能减少电力谐波对电能计量的不利影响。
1 谐波产生的原因
谐波产生的原因主要有以下几个方面：
（1）发电源质量不高，由此而产生的谐波。在三相绕组的生产中，很难实现绝对对称。铁心也很难达到绝对的一致性，电力供应的发电源将产生一定量的谐波，但通常很少。
（2）电力传输和配电系统的谐波产生，输电和配电系统主要是电力变压器产生谐波。变压器铁心的饱和以及变压器设计时考虑经济性，变压器的磁密度选择在磁化曲线的近饱和区，所以磁化电流在呈现顶点波形状，含有大量奇次谐波。饱和度越高，变压器的工作点越偏离线性走向，谐波电流故而越大。
（3）电气设备所产生的谐波，主要是由晶闸管整流设备所产生。目前，晶闸管整流器已广泛应用于电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等多个方面。也因此给电网带来了许多谐波。统计数据表明，整流装置产生的谐波占所有谐波的近2/5，是最大的谐波产生源。
2 我国电力谐波标准
中国的电力谐波主要是根据《电能质量公用电网谐波》（GB/T14549-1993）来实现的。220kV标称电压的公共网格可参照110kV进行，测点为公共连接点（PCC），实测值为95%概率值，该标准还规定了PCC谐波电流允许值的计算方法和用户电流的允许值计算方法，并对测量方法和测量仪器的内容进行了相应的要求。
3 电能计量中存在的问题
总能量计算是指基本波电能和谐波电能的代数和。实际电力系统中电能的测量存在以下问题：
（1）当负载为线性时，电源为非正弦，能量计测量的是基本波功率和一些谐波电能。谐波不仅对电力设备有害，而且还会造成用户多交电费，这显然是不合理的。
（2）当荷载为非线性时，非线性荷载将产生谐波功率，并流入系统。此时，电能表测量的是基波电能和倒流入系统的谐波电能的差值。非线性负荷不仅产生谐波污染，而且电力成本也较低，这使得供电部门的经济效益受到损害。
（3）当电源畸变，负载为非线性时，情况更加复杂。负载从电网吸收谐波能量，与此同时，谐波流将流入电网，这相当于第一和第二的综合情况。
4 电力谐波对电能表的主要影响
4.1 对感应式电能表的影响
机械电能表由轴承、旋转元件、制动元件、仪表、驱动元件和辅助部件组成。它是由交流电压和电流通过流量计的旋转表驱动，产生驱动力矩，驱動计数器字轮旋转和显示电流。电流受摩擦阻力的影响，在电流较大时还会受到受惯性的影响。也就是说，通过各种补偿调整，误差只能保证在2%以内。感应电能表的设计是基于交流基波的原理设计的，电能表主要采用磁感应法，使用扭矩驱动仪表来测量电能。当系统具有谐波或用户设备产生谐波时，电流和电压的畸变，产生的磁感应也随电流和电压而不均匀，从而影响电度表的误差，因此，谐波影响感应表（机械计）的误差更大。
4.2 对电子式电能表的影响
随着智能电网的快速发展，现代电子电能表主要由智能电能表或多功能电能表组成。其结构由测量芯片、微处理器芯片、通信模块等组成。除了准确的测量功能外，还具有本地和远程通信、远程关机、异常报警、信息传递等功能。电子电度表是基于基本谐波的叠加来计算的。对于线性用户，其电能是由基本波和谐波能量之和来测量的，谐波不仅有害，且其还计入了谐波电量中。对于非线性用户，产生的谐波一部分被发送到电网，非线性用户产生的谐波不仅污染了电网，还降低了电能。虽然电能表克服了感应电能表的影响，如机械旋转、元件磨损、倾角等，但也有一些不合理的地方。目前主要是通过电能采样的区间频率分析来提高电能信号处理的方法，从而在测量中检测到谐波的存在。
5 治理措施
5.1 管理措施
（1）要充分了解谐波对电网的影响，建立和完善谐波治理体系，组建专业的管理团队。
（2）要加强标准和规范。要充分认识到，谐波治理是供电企业、电力企业和用户的共同责任，要共同发力，减少电网污染，提高电网的电能质量。这是一种互利、节能、提高效率的关键措施，同样也是保证电网和设备稳定运行的关键要求。
（3）主管部门对电网进行专业性探讨研究，确定谐波源的所在位置和产生原因。在长期产生产生较大谐波的地方，可以建立长期观测点，以评估电力用户的电气设备是否产生了过度的谐波污染。
（4）严格审核新、扩建、改建的审批程序，严格审查新用户设备的负荷特性，并在与电网连接的非线性负荷电力设备运行前进行电能质量评价。在试运行过程中应进行电能质量的测量，如果实际测量超过标准，则不允许在电网中运行。
（5）当用户未按照国家标准注入电网谐波时，用户必须采取对策消除谐波影响。否则，供电企业有责任、有义务同样也有权利暂停供电。
（6）在大容量非线性用户中安装谐波监测装置网络端，对于不执行供电协议的用户可以停止供电。 5.2 技术措施
（1）为了解决谐波对电能计量的影响，根据国际电气工程协会工作小组的建议，建议用户使用对电压或电流波形的畸变测量的先进数字电能计。
（2）根据实测情况，可以采用安装滤波装置等相应措施，尽量减少谐波含量，降低谐波对所有能量测量的影响，降低谐波对电气设备的危害。
6 减小谐波的思考
鉴于电力谐波对电能表主要计量装置的不利影响，我们可以考虑从以下三个方面减少影响：
（1）增加谐波监测和控制的强度。监控现有电网和主要的谐波源，在谐波源安装变电站的电能质量实时监测装置，设置谐波监测系统，实时控制分析电网谐波情况，科学计划，严格导纳，对于电网谐波含量较高的高电压用户，实行不予供电政策。
（2）科学地建立电能计量方案。对于谐波源用户，测量点应远离谐波源。对于谐波产生较重的设备及工厂，应选择小的谐波线端作为网关测点，以此降低谐波对计量装置的影响。同时，应该选用具有高可靠性、高稳定性、高精度的多功能电能表作为网关仪表。
（3）风电、电气化铁路、光伏发电的建设速度飞速发展的同时，也使得电网污染问题日益严峻。我们应根据设备的工作原理，結合实际情况，通过对比分析判断，减少故障范围，减少测量和检查等环节，提高故障排除速度。
上述故障排除方法可单独使用或结合实际应用，可根据具体情况灵活选择。
7 结束语
如何在电力系统和用户之间销售和购买电能，如何测量电能，都涉及到经济和技术问题。随着电网中非线性负荷的增加，大量的谐波电流被注入电网，造成电压和电流的畸变，造成谐波污染，产生额外的谐波功率损耗。如何计算谐波能量，谁将承担谐波能量的损失，这部分损失采用何种计费标准，是目前急需解决的问题。本文在探讨谐波产生的原因及其对电能计量的影响的基础上，提出了测量基本波功率和谐波电能的测量方法，并提出分别记录谐波电能的方向的方法。这不仅可以补偿谐波分量电价和电力消费，又可以合理调整根据谐波分量的电价比例。同时，还考虑到电网的可靠运行和电力行业的利益。
参考文献
[1]刘座铭，吕项羽，常学飞，张宗宝.电力谐波对电能计量的影响及治理措施[J].吉林电力，2013，41（02）：32～34.
[2]邱陶歆.电力谐波对电能计量的影响研究[D].华南理工大学，2012.
[3]谭茂茜.电力谐波对电能计量的影响[J].广东电力，2006（12）：24～27.
[4]戴晓洪，史洪寅，续临生，靳海岗.电力谐波对电能计量的影响分析[J].电力学报，2006（01）：98～99+103.
[5]葛 毅.电力谐波对电能表电能计量的影响研究[D].重庆大学，2003.
收稿日期：2018-6-2
作者简介：黎业铭（1984-），男，工程师，本科，主要从电能计量管理工作。
关键词：谐波；电能；计量；电力影响
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）20-0076-02
引 言
谐波本质是周期电量的正弦波分量，谐波频率是基本频率的整数倍。因此，我们常把谐波称为高次谐波，而谐波的数量定义则用谐波频率与基波频率的比值来表示。按惯例，规定电力系统的功率频率作为基本波频率。随着铁路电气化建设的加速发展和风力发电、太阳能发电的不断发展，电网中的谐波含量不断增加，谐波将使电能计量的精度偏离轨道。因此，发电、供电和用电三方必须对电力谐波有一定的了解。只有合理控制，才能减少电力谐波对电能计量的不利影响。
1 谐波产生的原因
谐波产生的原因主要有以下几个方面：
（1）发电源质量不高，由此而产生的谐波。在三相绕组的生产中，很难实现绝对对称。铁心也很难达到绝对的一致性，电力供应的发电源将产生一定量的谐波，但通常很少。
（2）电力传输和配电系统的谐波产生，输电和配电系统主要是电力变压器产生谐波。变压器铁心的饱和以及变压器设计时考虑经济性，变压器的磁密度选择在磁化曲线的近饱和区，所以磁化电流在呈现顶点波形状，含有大量奇次谐波。饱和度越高，变压器的工作点越偏离线性走向，谐波电流故而越大。
（3）电气设备所产生的谐波，主要是由晶闸管整流设备所产生。目前，晶闸管整流器已广泛应用于电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等多个方面。也因此给电网带来了许多谐波。统计数据表明，整流装置产生的谐波占所有谐波的近2/5，是最大的谐波产生源。
2 我国电力谐波标准
中国的电力谐波主要是根据《电能质量公用电网谐波》（GB/T14549-1993）来实现的。220kV标称电压的公共网格可参照110kV进行，测点为公共连接点（PCC），实测值为95%概率值，该标准还规定了PCC谐波电流允许值的计算方法和用户电流的允许值计算方法，并对测量方法和测量仪器的内容进行了相应的要求。
3 电能计量中存在的问题
总能量计算是指基本波电能和谐波电能的代数和。实际电力系统中电能的测量存在以下问题：
（1）当负载为线性时，电源为非正弦，能量计测量的是基本波功率和一些谐波电能。谐波不仅对电力设备有害，而且还会造成用户多交电费，这显然是不合理的。
（2）当荷载为非线性时，非线性荷载将产生谐波功率，并流入系统。此时，电能表测量的是基波电能和倒流入系统的谐波电能的差值。非线性负荷不仅产生谐波污染，而且电力成本也较低，这使得供电部门的经济效益受到损害。
（3）当电源畸变，负载为非线性时，情况更加复杂。负载从电网吸收谐波能量，与此同时，谐波流将流入电网，这相当于第一和第二的综合情况。
4 电力谐波对电能表的主要影响
4.1 对感应式电能表的影响
机械电能表由轴承、旋转元件、制动元件、仪表、驱动元件和辅助部件组成。它是由交流电压和电流通过流量计的旋转表驱动，产生驱动力矩，驱動计数器字轮旋转和显示电流。电流受摩擦阻力的影响，在电流较大时还会受到受惯性的影响。也就是说，通过各种补偿调整，误差只能保证在2%以内。感应电能表的设计是基于交流基波的原理设计的，电能表主要采用磁感应法，使用扭矩驱动仪表来测量电能。当系统具有谐波或用户设备产生谐波时，电流和电压的畸变，产生的磁感应也随电流和电压而不均匀，从而影响电度表的误差，因此，谐波影响感应表（机械计）的误差更大。
4.2 对电子式电能表的影响
随着智能电网的快速发展，现代电子电能表主要由智能电能表或多功能电能表组成。其结构由测量芯片、微处理器芯片、通信模块等组成。除了准确的测量功能外，还具有本地和远程通信、远程关机、异常报警、信息传递等功能。电子电度表是基于基本谐波的叠加来计算的。对于线性用户，其电能是由基本波和谐波能量之和来测量的，谐波不仅有害，且其还计入了谐波电量中。对于非线性用户，产生的谐波一部分被发送到电网，非线性用户产生的谐波不仅污染了电网，还降低了电能。虽然电能表克服了感应电能表的影响，如机械旋转、元件磨损、倾角等，但也有一些不合理的地方。目前主要是通过电能采样的区间频率分析来提高电能信号处理的方法，从而在测量中检测到谐波的存在。
5 治理措施
5.1 管理措施
（1）要充分了解谐波对电网的影响，建立和完善谐波治理体系，组建专业的管理团队。
（2）要加强标准和规范。要充分认识到，谐波治理是供电企业、电力企业和用户的共同责任，要共同发力，减少电网污染，提高电网的电能质量。这是一种互利、节能、提高效率的关键措施，同样也是保证电网和设备稳定运行的关键要求。
（3）主管部门对电网进行专业性探讨研究，确定谐波源的所在位置和产生原因。在长期产生产生较大谐波的地方，可以建立长期观测点，以评估电力用户的电气设备是否产生了过度的谐波污染。
（4）严格审核新、扩建、改建的审批程序，严格审查新用户设备的负荷特性，并在与电网连接的非线性负荷电力设备运行前进行电能质量评价。在试运行过程中应进行电能质量的测量，如果实际测量超过标准，则不允许在电网中运行。
（5）当用户未按照国家标准注入电网谐波时，用户必须采取对策消除谐波影响。否则，供电企业有责任、有义务同样也有权利暂停供电。
（6）在大容量非线性用户中安装谐波监测装置网络端，对于不执行供电协议的用户可以停止供电。 5.2 技术措施
（1）为了解决谐波对电能计量的影响，根据国际电气工程协会工作小组的建议，建议用户使用对电压或电流波形的畸变测量的先进数字电能计。
（2）根据实测情况，可以采用安装滤波装置等相应措施，尽量减少谐波含量，降低谐波对所有能量测量的影响，降低谐波对电气设备的危害。
6 减小谐波的思考
鉴于电力谐波对电能表主要计量装置的不利影响，我们可以考虑从以下三个方面减少影响：
（1）增加谐波监测和控制的强度。监控现有电网和主要的谐波源，在谐波源安装变电站的电能质量实时监测装置，设置谐波监测系统，实时控制分析电网谐波情况，科学计划，严格导纳，对于电网谐波含量较高的高电压用户，实行不予供电政策。
（2）科学地建立电能计量方案。对于谐波源用户，测量点应远离谐波源。对于谐波产生较重的设备及工厂，应选择小的谐波线端作为网关测点，以此降低谐波对计量装置的影响。同时，应该选用具有高可靠性、高稳定性、高精度的多功能电能表作为网关仪表。
（3）风电、电气化铁路、光伏发电的建设速度飞速发展的同时，也使得电网污染问题日益严峻。我们应根据设备的工作原理，結合实际情况，通过对比分析判断，减少故障范围，减少测量和检查等环节，提高故障排除速度。
上述故障排除方法可单独使用或结合实际应用，可根据具体情况灵活选择。
7 结束语
如何在电力系统和用户之间销售和购买电能，如何测量电能，都涉及到经济和技术问题。随着电网中非线性负荷的增加，大量的谐波电流被注入电网，造成电压和电流的畸变，造成谐波污染，产生额外的谐波功率损耗。如何计算谐波能量，谁将承担谐波能量的损失，这部分损失采用何种计费标准，是目前急需解决的问题。本文在探讨谐波产生的原因及其对电能计量的影响的基础上，提出了测量基本波功率和谐波电能的测量方法，并提出分别记录谐波电能的方向的方法。这不仅可以补偿谐波分量电价和电力消费，又可以合理调整根据谐波分量的电价比例。同时，还考虑到电网的可靠运行和电力行业的利益。
参考文献
[1]刘座铭，吕项羽，常学飞，张宗宝.电力谐波对电能计量的影响及治理措施[J].吉林电力，2013，41（02）：32～34.
[2]邱陶歆.电力谐波对电能计量的影响研究[D].华南理工大学，2012.
[3]谭茂茜.电力谐波对电能计量的影响[J].广东电力，2006（12）：24～27.
[4]戴晓洪，史洪寅，续临生，靳海岗.电力谐波对电能计量的影响分析[J].电力学报，2006（01）：98～99+103.
[5]葛 毅.电力谐波对电能表电能计量的影响研究[D].重庆大学，2003.
收稿日期：2018-6-2
作者简介：黎业铭（1984-），男，工程师，本科，主要从电能计量管理工作。