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浅述谐波功率测量

摘要：非线性负载引起交流正弦波畸变产生谐波，污染工频电网。电力系统中存

在的大量谐波对电能计量的准确性产生了严重的影响。谐波测量是谐波问题研究

的出发点和主要依据，概述了电力系统谐波度量方法，并对电力系统谐波测量的

方法进行了分析和评述。通过对电能计量中谐波影响因素的分析，不断提高电能

计量的准确性。

关键词：谐波测量；谐波功率；电能表；小波分析

电能计量是发电企业、输配电企业、电力用户之间进行贸易结算的依据，它

的准确性与合理性直接影响三者之间的利益。

而另一方面．随着电力电子技术的发展，大量的电力电子变流装置和各种非

线性负载的比重不断增加，引起电力系统中的电流和电压波形产生畸变。从频域

的角度来看，在这些畸变的电流和电压波形中，不仅仅包含与供电电源同频率的

正弦量，而且出现了一系列的频率为基波整数倍的正弦分量。这一系列的正弦分

量统称为谐波。

电力系统谐波不仅对供电系统造成污染，对电力设备构成危害，而且产生谐

波的非线性用户将其吸收的一部分基波电能转化为谐波电能，并反馈给电网，造

成供电企业线损增加，电力营运企业非经营性成本增加。为此有必要研究在谐波

[1,2]

影响下的电能计量，使电能计量管理更加合理。

1谐波功率的产生及危害

[3,4]

随着电力电子技术的发展，非线性负载是普遍存在的，尤其是晶闸管(可

控硅)技术的发展，工农业、交通部门都在大量使用硅整流、换流和变频技术，

例如电气化铁路采用单相交流电硅整流，冶金部门在轧钢机、电弧炼钢炉，矿山

的卷扬机，有色金属冶炼的电解槽，化工部门的电离加工等等方面都离不开硅整

流设备。就是在家用电器方面也少不了采用硅整流技术。如电视机、计算机、洗

衣机、变频空调、手机、电动车电池的各种充电器和开关电源以及冷光照明、节

能灯和调光灯等等都属于非线性负载。

在电力生产运行中，由于用户的这些非线性负载对电网产生了严重的有害影

响。主要原因是这些负载产生大量的高次谐波电流，而单相非线性负载还产生不

对称的高次谐波和不平衡负载，造成屯网电压波形严重畸变和三相不平衡。工频

换流变压器严重过载，可使供电系统的电能利用率降低约1/3。这种现象不论对

电力系统的发电、输电、配电设备和继电保护、自动控制装置，还是和连接至电

网的各类用户的用电设备以及对音频控制系统、通讯线路和计算机均产生干扰，

使线路照明闪烁、增加交流系统中旋转电机和其它电气元件的附加谐波损耗与发

热，缩短其使用寿命，产生程度不同的有害影响。发电机长期带大量的不平衡负

载，网损线损成倍增加；造成自动控制装置失灵和继电保护(尤其是利用负序量

的保护)出现拒动和误动作。电容补偿装置的谐振和谐波电流的放大，严重时将

造成设备损坏；使常用电气测量仪表误差增大，严重时发生错误指示使用户的实

际用电量与计费电能表的计量数相差甚远，供电系统蒙受严重经济损失。

2谐波功率流向[5,6]

只有当同频率的正弦电压和正弦电流在同相位的情况下才全部合成有功。当

电流分量和电压分量都发生畸变，通过下图来分析谐波功率的流向。

图1谐波存在下的谐波功率流向图

u(t)-电网电源，可视为正弦电压源；Rf-线路电阻；Rl-广线性负荷电阻；Rn-非线性负荷电阻；

实线箭头-基波功率潮流的方向；虚线箭头-n次谐波功率潮流的方向。

由图中看出，非线性负荷发出的谐波功率实际上又被系统中的电源、线路或

线性负荷所吸收。又因为非线性负荷本身不是电源，不可能产生能量，所以作为

谐波源，其能量只能来源于自身吸收的能量。由此可以得出结论；谐波功率是由

非线性负荷从系统中吸收的基波功率中的一部分转化而来的。

3对电能表计量的影响

由于有谐波功率的存在，对电力系统造成了很大的危害，并且对电能表的计

[7,8]

量也产生了很大的误差。

3.1感应式电能表的影响

图2感应式电表结构示意图

图2为感应式电表结构示意图，当交变