【摘 要】在電力運行系統中，所產生的電力諧波嚴重影響電能質量的好壞，更有甚者則會造成有關的電力部門的電能計量表計的漏計，而隨著社會經濟的發(fā)展，非線性用戶向電網注射的電力諧波也越來越多，對電網造成的影響也就越來越大，本文主要針對電力諧波對電能計量的影響進行分析論述。

【關鍵詞】電力諧波 電能計量 影響

一、電能質量與電力諧波

頻率、電壓和波形是檢測電能質量是否達標的3個參考數據。國家法規(guī)對于電力供應中的頻率、電壓和波形所需達到的質量標準早就有具體規(guī)定：對于用戶受電端電壓變動的幅度范圍：35kV以及以上電壓可以有偏差±5%；10kV以及低壓用戶可以偏差±7%；220V照明用戶電壓可以有偏差+5%、-10%。頻率標準可以偏差±0.2 Hz。用戶總電壓正弦波形畸變極限為0.38kV 5%，6-10kV 4%，35-63kV 3%，ll0kV 1.5%。但是波形在電網運行過程中常常會被非線性用戶負載所影響，比如：在大功率可控制硅整流設備中，如果有了正弦波電流電壓的注入，因為它具有單向導電性的特質，所以電流會有非線性的變化，這就會導致電流波形的極度畸變。在電力領域之中，K（K是大于0的整數）倍大于基頻的數值就是我們熟悉的諧波，用公式表示就是：i=I0+I1sin（1）+I2sin（22）+I3sin（33）+…+Insin（n （1）

用通式表示i=I0+ （2）

公式中的k代表1，2，3，…，n諧波次數。從這兩個公式中可以看到因為有不同的諧波頻率，在運行中也會遇到不一樣的阻抗，所以會產生一系列幅值和相位大不相同的諧波壓降。這就導致正弦電壓有極度畸變的跡象。在電網電力的運行中，如果想讓電能的正弦波達到所規(guī)定的標準，就需要對有可能引發(fā)諧波的廣大用戶進行組織與管制。

二、為什么產生諧波

變壓器是很常見的儀器，它同時也是諧波源的鼻祖，也就是說它是在各種先進裝置出現之前的，用來作為諧波源的最主要的方式。因為它的技術比較落后，所產生的數據值就非常小，因此有極大的限制。現在通過變壓器所發(fā)出的諧波數量是十分稀少的，所以它已經處于很次要的位置。反之，各種先進的電力電子裝置則晉升為最主要的諧波源，不僅如此，她們還有眾多的多次諧波的組合。電力電子技術的應用不過是運用整流二極管作為整流的器件，然后把交流電變換成為直流電，因此整流二極管工頻整流的工作也就成為電力電子的最普遍、最基本的電能形態(tài)中AC/DC的變換形式。大家都知道，像通常的與電力電能有關的先進開的裝置，都會優(yōu)先采用大電容器濾波和橋式整流器作為轉換AC/DC的變換器，有大容量濾波電容器使得二極管的導通角變得很小，而且只會在交流電壓正弦波升到最大值附近的時候才會開始疏通，所以會引發(fā)交流輸入電流波形的極度畸變，三次諧波有時候可能會超過基波以上，所以導致線路功率因數十分低，一般都在0.6以下。從非線性元件所注入交流線路上的電流i也不會再是呈現出交流正弦波形的形狀。如果使用傅立葉公式對畸變的波形作出變換，那么交流進線所產生的的電流is可以看作是基波頻率為整數倍的諧波分量數值和工頻基波分量（i）數值相加的和。如果電源電壓出現純正弦波，那么僅有正弦波才有可能會輸入最大功率，由于它們的頻次是一樣的，相位也不與9O相等，所產生的平均數值也不是零。在這種狀況下整流器的總共傳輸功率就等同于電源電壓的方根值和電流基波的方根值（i）的相乘的結果，然后再乘以位于Us的相位角1的余弦cos1。用公式表示就是：P=Us（i）cos1

功率為：S=USIS，由上面的公式可以得到：PF=USI1cos1/USIS

在電流i畸變的更加嚴重的情況下，就會導致整個電流的比值變的更加小，就算相移功率因數DPF約等于單位1，功率因數PF還是不能得到提高。在AC/DC的轉換的過程之中，在不存在所謂的二次效應對電力諧波電流產生影響的前提下，就大致可以判斷它是標準的正弦，而另一個則是與之相對應的非正弦。由以往的經驗推算可以知道，在同一個線路上，經過它的電流畸變必定要比它所產生的電壓畸變大出許多，這個結論是有理可循的。但凡是電流畸變比較大，那么它的功率因數數值必定是十分低的。但是要切記，如果情況反過來就不一定了。經驗老道的電氣工作人員只要是看到用電器所消耗的功率因數已經接近單位1的時候，就能夠肯定這個電路中的電力諧波數值非常小了。能夠降低電力諧波的數值、控制電壓和電流的畸變以及提高線路有功功率因數的非常有效的辦法就是這幾年興起的糾正功率因數的相關（PFC）技術。APFC是用來糾正有源功率因數的先進科技。

三、諧波對電能計量影響的機理

電力諧波從諧波消耗的有功功率不是零和電能計量裝備對于有功功率所特有的響應特性這2個不同方面對電能計量發(fā)出干擾。與此同時，電容式互感器CVT（Capacitor Voltage Transformers）的頻響特點也會嚴重影響電能計量。

（一）諧波源負荷

本文在分析的時候假設系統中有且僅有一個使用諧波源的用戶，而諧波源供電電壓在這個用戶接入之前就是十分標準的正弦波。那么P就是這個諧波源用戶事實上所消耗的功率，P2就是輸入電流轉換成諧波有功功率所需要的有功功率。所以這個諧波源用戶從電網中獲取的總基波功率的最終結果是P=P 1+P2。如果進行一個設定，把功率設定為流入母線是負級，流出母線是正級。那么諧波源所產生的電力諧波電流會流向母線，而它的負載就是和的阻抗相等。負荷總的有功功率就是P1+P2+Ph

在這個公式中，Ih代表諧波源注入電網的h次電流，Ih代表諧波源在母線上所產生的h次電力諧波電壓，換句話說就是所謂的相電壓，Rh 則代表使用諧波源的所有者在接入非私用電網電力時候的等同于電力諧波電阻的數值，h代表電力諧波經過的電流Ih電力諧波所產生的電壓 Uh所形成的夾角。

（二）非諧波源用戶所用功率

母線諧波電壓的存在導致使用非諧波源的用戶所用功率數值為P1+Ph，其中：Ph=3hIhcosh

顯而易見，從非諧波源用戶的角度來說，因為被電力諧波所污染，而且Ph與P1是相同方向，所以可能會多計算出許多電量。依據以上的有力論證，引發(fā)電能計量問題的主要原因就是所存在的諧波功率的，如果諧波源用戶通過諧波管制，從而使得諧波電流不能被注入電網，那么注入電網的諧波功率自然而然就是Ph=0，然而在這種狀況下，這個用戶既不能污染電網電能，也不會干擾常規(guī)的電能計量。

四、電力諧波對電能計量的影響

（一）諧波影響感應式電能表

1.諧波功率

電力系統中的非線性所消耗的功率可以分成從電網中獲取的基波功率和諧波功率這兩個大部分。理論研究顯示，電力諧波的有功功率一定為負數，換句話就是說非線性負載就是另外一個存在的諧波發(fā)出者，這些消耗的有功功率是負載由電力中獲取的有功功率的一些轉化生成而來的，并不是憑空產生。

2.感應式電能表的特性

我國現在在電工學科的電能計量中運用最廣泛的計量儀器當屬我們所熟悉的感應式電能表，這個類型的計量儀器按照基波的不同頻率進行設計，有著十分敏銳的反應靈敏度。我們所分析的電流和電壓的畸變對于電能儀器的干擾程度的主要根據也就是從它所具有的頻率性質而來的。從頻率和誤差的關系曲線中就可以知道它們所產生的的誤差是負值，值得注意的是這個數值會隨著頻率的不斷增加而跟著加大，這就說明感應式電能儀表具有不斷減緩的頻率特點。而在對諧波功率的特性進行分析的基礎上，實際操作中的電能表所顯示的電能值可表示為：

在這個公式中：P就代表電能表所顯示的電能值：P1代表經過電能表的基波值，Pn代表經過電能表的第n次諧波值：k1、k2分別代表對應于基波功率和n次諧波功率所代表的比例系數。如果按照這樣計量的結果，那么非線性負載用戶不但會發(fā)出對電網及電力設備造成重大危害的諧波，而且會少計量輸入的電能值，給供電部門造成重大損失。這是因為使用線性負載的用戶在獲取了諧波的同時，又多計量了它所輸入的電能，這就會增加電費支出。而且這種情況顯然是不合理的。

（二）諧波影響電子式電能表

電子式電能表比感應式電能表更加高端，比如它的準確度更加高、功能齊全、使用方便等等，現在對它的運用也更為廣泛。

1.電子式電能表是怎么工作的

電子式電能儀表是以不同數字的功率表為基礎而蓬勃發(fā)展的，按照它的具體框架結構和工作原理的顯著特質，可以把它具體分為四個基本部分。在這之中，乘法器可以把兩個不同電壓的模擬量轉化成2個電壓數值相乘的結果。而與之相對應的時間分割乘法器的優(yōu)點就較為突出，例如它響應速度快捷、測量十分精準等等。

2.電子式電能表的誤差

和感應式電能儀表的大致頻率曲線做對比，電子式電能儀表的曲線就顯的十分平滑，基本上沒有什么大起大落，這就說明它具有寬頻帶的特點。電子式電能表通過對電流、電壓的樣本計算來計量有功功率的電能。和感應式電能表相比較，電子式電能表因為頻帶較寬而且范圍廣泛，所以對于所用電能就有比較精確的計量，但是因為該儀器把各種不同功率都是用一樣的計量方法，所以會加大電能計量的誤差。

五、結束語

總而言之，電力諧波關系到多方面的經濟利益。電力諧波不僅會干擾輸配電和用戶的電力設備的正常使用，增加用戶的無功功率電費的消費，而且也嚴重危害了其他設備的元件。而隨著經濟的快速發(fā)展，人們在日常生活和生產中對于電能的依賴也會日益加大，所以更加要減少電力諧波對于電能計量的影響。