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电力谐波对电能计量的影响
李建伟
（云南省锡业股份有限公司设备能源部，个旧 661000）
摘要：电力谐波对电能的影响及其治理的一些方案，这是一个亟待研究的课题，本文简单对其进行了部分探讨，旨在为提升消除谐波的不良影响提出相关建议。
关键词：电力谐波；电能计量；影响doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2019.06.196中图分类号：TM711 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2019）06-0235-01
1 概述
谐波是指电流中包含的电量，它是基频的整数倍。一般来说，它是指周期性非正弦电量的傅立叶级数分解，以及频率大于基频的其他电流所产生的电量。电力系统任何每个环节均有可能产生，并且极难避免谐波，可以说人们的日常生活中不时要与它“接触”。当谐波电流达到一定程度时电压也会产生谐波，因为谐波阻抗的存在，如果对于强电网的情况，即使电流畸变，PCC电的电压也畸变很小，但是对于弱点网的情况，电流畸变，电压就会畸变，从而产生谐波。谐波因为定义较为宽泛，也存在一些次级称呼，比如分数谐波。
傅里叶级数的思想告诉我们可以把大多数的周期信号分解为多个正弦信号和直流分量的和，其中，直流分量是一个恒定的常数（可能为0），而这些正弦信号的频率，最低的是等于这个周期信号自己频率的，称作基波分量，这个频率称作基波频率，其他正弦信号的频率则是这个频率的正整数倍，称作谐波分量，他们的频率称为谐波频率，所以称之为2次谐波、3次谐波。
与其相似的概念是泛音，就是物理学上的谐波，泛音原理是驻波是物体局部振动产生的。一根弦分成四段分别进行振动。这四段的振动频率是一样的通俗的讲，第一泛音比基频高八度，其他泛音就是三倍基频，四倍基频，等等。泛音和谐波转换为数学图形来看，两者是完全一致的
实际生活中，谐波产生的原因，总结起来，如以下几点：发电源头质量低下，输配电系统自电力变压器在实际运行中不可避免地产生，最多的谐波来自于晶闸管可控硅整流设备的泛用，这种可控的导电开关深入普通人民的生活中。产生的原因复杂多变，这也是其难以治理的根本原因。
要么增加数据量，要么提供先验信息栅栏效应只能看到一些频率点上的值，但不一定是真实的信号频率值。
此外，感应式电能表，即传统的机械表，利用电磁感应原理将电压，电流和相位转换为磁矩，并推动铝盘旋转，盘（蜗杆）的轴驱动齿轮传动表的鼓，转动车轮和旋转的过程是累积时间量的过程，这也在我国在中西部地区得到广泛的使用。
在生活中，一些比较明显的影响比如：加速电力变压器老化，变相地缩短了变压器的使用寿命使用时长；断路器过载，由于谐波电流在导体表面流动，引起导体发热，使开关的容量实际降低，造成经常性莫名地跳闸；还有就是对变电所的继电保护产生干扰，造成局部停电事故，这个发生的频率降低，相关部门有一定的防护措施；干扰通讯影响通讯网络通讯系统，当下网民数量攀升，使用频率高，谐波的存在极其容易造成网络波动，最后就是一些常用的的家庭电器。
3 关于消除谐波的不利影响的几点建议
消除谐波就是只剩下基波，使其无法叠加为原信号，但这其实是不可能实现的，理论上来讲，不惜巨额资金投入，将所有可能出现的谐波都做上足够容量的滤波器，且是实时的动态滤波，才能够实现完全消除谐波，但事实上是不可能的，排除巨额资金的问题，就是谐波本身也无法得知。现在所说的动态补偿，一般有10毫秒以上的反应时间，而谐波是实时变化的。所以我们谈及消除影响的建议时，一般会选择以尽量减轻为主，以下为建议：
首先，根据国际电机工程协会非正弦工作组的推存，建议对有电压或电流波形畸变的用户采用原理先进的数字电能表计量；根据其实际测试情况可采取装设滤波装置等其他对应的措施，保证谐波含量降到最低的标准，减少谐波对电能计量的影响减轻谐波对家用电气设施的损害。
其次，利用谐波电表，理论上来讲，它能够专门对谐波进行准确的计量，我国的谐波电表还处在试用初入电网的阶段，相比国际上的同类产品，还有着阶段性的差距，不仅涉及到电能计量，同时也与谐波功率因数计算技术相关，此项目尚在起步阶段，如若有所成就，必定能对谐波污染的治理有巨大的推进作用。
最后则是推进风电光伏发电等清洁能源项目，电网污染严重且并非一日之功，在深度治理的措施下也要拓宽思路，打开新的治理方法，以上方法避免了线性用户因被多计谐波电能而遭受经济损失同时避免了非线性用户计量负的谐波电能从而让人民少承担部分电费，达到最终的目的。
2 谐波对电能计量的影响概述
电能计量是整个电网经济整个工程的基底，其精度关系到与人民，或者说供需两方的利益，牵扯的利害关系众多。而由于一个自然现象的谐波，让精度出现误差，这是供用电双方的一个都要面临的问题。随着现代科技的发展，国家电网污染日趋严重，电能表是否真实地反映非线性用户的用电量这是一个比较紧要的课题。
具体来看，首当其冲的影响就是电能计量的准确度，家用的一般都是单相表，国家电网公司和南网电网公司的要求一般都是2级单相表，2级的意思是误差不超过2%，也就是说一户人家走100度电，只要电表计量在98-102之间都是没什么问题的。单相表，或者说电子式电能表主要采用模拟式分割乘法器实现测量电功率和电能。随着电力系统谐波含量的不断增加，电子式电能表在谐波下的计量不可避免地出现误差，也就是我们常常提到的两个概念：频谱泄漏是没有截取整数倍周期信号造成的，这时候频谱会受到截断窗频谱的卷积，可以类比为通过了一个信道，其冲激响应导致频谱尖峰模糊不清，频谱泄露就是分析结果中，出现了本来没有的频率分量。简而言之就是分析结果与实际不一致。栅栏效应是“频率分辨力不够”的别称，本质上是信息量不足的问题，一般由采集频率过低产生，这和如何截取信号无关。解决方案是
4 结束语
谐波是实时出现的，并且产生原因和很多因素有关，如和电源质量、用电设备本身的状态的微小改变等等。使用的滤波设备本身的精度，也不可能将谐波无误差的测量出来，所以治理谐波的工程还是需要期待于现代科技的进一步发展。参考文献
[1] 翁财宏.基于电力谐波对电能计量的影响及措施探讨[J].科学与财富，2015，7（33）：72-73.
2019.06数字通信世界235
