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张彪 黄如玉 李坎立
国网山东郓城县供电公司 山东郓城 274700
摘要：对于电力工作人员而言，对电能计量方法进行改进和创新，消除电能计量误差，是当前需要重点研究的课题。本文首先分析了产生谐波的原因，然后阐述了谐波下电能计量系统存在的误差，最后探讨了谐波存在时电能计量的有效方法。
关键词：谐波；电能计量；计量误差；电能表
一、产生谐波的原因
产生谐波主要是因为电力系统中非线性负载所引起的，比如逆变器、变频器等一些变流设备，具体表现在三方面：
（一）发电原因
电站发电机中的三相绕组并不能完全对称，在制作的过程中也不能满足这个要求，而且绕过铁心均匀也是比较困难的，这对发电机的电源质量有很大影响，
谐波也就此产生。
（二）输配电系统的原因
在这个系统中，变压器很容易产生谐波，它的铁心呈现饱和的状态，而且磁化曲线还是非线性的，变压器在工作的时候磁密就在曲线的饱和段上，影响着变
压器的正常运行，这导致了电压器的磁化电流出现了尖项波形，奇次谐波就在其中产生。通过实践证明，如果变压器铁心的饱和度高的话，线性就越偏离工作的点位，也就非常容易有更大谐波电流产生；相反，就不会有很大的谐波产生。
（三）用电的原因
晶闸管被广泛用在电气设备中，在用电的过程中，电气设备很容易引发谐波产生，尤其是晶闸管材质的整流设备。现在社会中，有很多电力设备都引用了晶闸管，常见的有电源的开关、电动车、所有的充电设备等，这些都是非常容易产生谐波的，影响着电网的正常运行。在单相整流的电路装置与感性负载相连接的时候，就会有奇次谐波电流产生，最高的时候谐波要占据基波三层左右，比例非常大；而与容性负荷相连接的时候，会有奇次谐波电压产生，它还会根据电容值增加的频率有所增加；此外，还有一种最大容量的谐波源，是通过整流装置所产生的，占据了基波的四层左右，
二、谐波下电能计量系统存在的误差
电能计量系统存在的计量误差，属全部计量装置方面的误差，主要可分电能表、电压互感设备及 TA 误差，电能计量系统误差应从下述几方面加以合理分析。
（一）电子类型的电能表
包括：机电类型的电能表和电子类型的电能表。前者主要通过测量、电子方面的部件组成，因此类电能表波形信号装置多通过脉冲信号，也可叫感应类型的脉冲电能表。电子类型的电能表，可叫固态类型多功能电能表/精致类型电能表，主要通过大规模的继承芯片所组成，通过电子电路实现。电子类型的电能表同时又可分为模拟乘法式及数字型电能表两种。
1.模拟乘法设备式电能表
这类型的电能表的构成部分为：输入、乘法设备、电压、转化器、频率转换器、输出部分等。模拟乘法设备电能表，其工作的基本原理为：将电压信号U及电流信号I输入，将其转换为乘法器的时候，可充分的接受信号，通过其获取一段时间内的功率。其二，把平均功劳的信号转化成频率脉冲信号，通过频率信号技术的方式获取这一段时间的具体电量。电子类型的电能表的乘法设备，主要的作用为将输入的电压和电流信号，通过比例转换成功率设备。而模拟乘法设备的种类非常多。通过原理进行划分，主要可分为分割乘法设备、霍尔乘法设备。现当今，我国电子类型的电能表一般会应用分割乘法设备。模拟乘法设备电能表的误差，一般会来源于模拟乘法器。输入分割乘法设备的信号，其具有较高的谐波，这时应结合分割乘法设备计量的基本原理输入信号，禁止通过简便的直流信号。
2.数字类型电能表
数字类型的电能表的误差，一般多来源于数字乘法设备，其通过采样的方式保持、模拟的方式保持或数字转换组成。所以，对上述工作原理及谐波条件引入误差，进而获得数字型电能表计量的误差。
（二）CVT谐波测量的误差
谐波情况下，能够有效的补偿电抗设备、中间变压设备、阻尼设备等，其均有可能于饱和的范围内，所以应充分的考虑到其特征和性能，如非线性。我国110kV和发电厂升压站、变电站母线和出现等均通过CVT。然而，相关的研究显示CVT不能应用到谐波的测量中。国际电工IEC的标准中，具有明确的标准，CVT进行测量绕组需确保在既定频率的基础上98%～100%左右，满足精度方面的标准。保护绕组与既定的频率95%～101%左右，达成精度方面的要求。CTV于基波电压的基础上、系统保护、自动装置基波信号变换的情况下，能够达成系统方面的要求。然而，测电压频率出现一定变化的时候，存在谐波的时候，CVT通过电容分压设备等值电容、补偿电抗设备电感方面所构成，这时LC串联谐振的回路就会出现偏离的现象，致使其测量存在较大的误差。所以，谐波系统CVT不能够有效的反应真实的状况。实行谐波测量的过程，以CVT变换装置获得二次测信号，所以存在一定误差。
三、谐波存在时电能计量的有效方法
针对上述问题，电力工作人员应该充分重视起来，结合谐波原理以及谐波产生的基本要素，对谐波的危害进行约束，从而提升计量的准确性。从目前来看，谐波存在时，电能计量的有效措施，包括以下几种：
（一）应用全电子式智能电能表
全电子式智能电能表在计量中存在的误差，主要是由点积算法引起的，因此，对电能表进行更新，需要从计算算法开始。应该对电力系统中各次谐波的含量进行检测，针对谐波类型提出相应的解决方案。当前应用的全电子式电能表，在计量方法上相当复杂，必须由专业的技术人员进行操作，而且生产成本相对较高，因此一般都是在大中型工业企业中被广泛应用，可以有效降低谐波对于电能计量的影响。全电子式智能电能表的计量方法如下：在实际计量中，需要对带加权系数、谐波电能以及基波电能等进行分别计量。
W=C1W1-CfinWfin+Cfout|Wfout|
其中，W1、Wfin、Wfout分别代表负载所消耗的基波电能、吸收的谐波电能以及产生的谐波电能；而C1、Cfin、Cfout则代表相应的加强系数。一般情况下，将C1设置为1，则当Cfout大于1时，则应该对发出谐波电能的非线性负载用户进行惩罚；当Cfout在0-1的范围内时，则对线性负载用户进行相应的补偿。这种计量方法，能够有效避免因电能计量误差而引发的收费不公现象，同时可以利用经济手段，督促用户采取相应的措施，减少注入电网的谐波量。
（二）采用频域电能计量方法
在实际应用中，首先，应该对离散化的电流和电压信号序列进行相应的加窗处理，以降低频谱泄露，避免其可能对谐波分析造成的影响；其次，对加窗后的谐波电流电压序列进行离散傅里叶变换；然后，结合FFT计算方法，对频域参数进行相应的估量和计算，以获取电流和电压信号中存在的谐波分量频率偏差、相位及幅值等；最后，由FFT算法得到加窗后的电流电压频域参数，结合相应的公式，对各次谐波无功电能及有功电能进行计算。
（三）仿真实验
通过相应的仿真实验，可以得到谐波存在时的电能计量误差数据，同时通过三角自卷积窗方式，实现对于基波电能的准确计量，以保证电能计量的可靠性和准确性。
结语
综上，谐波对于电力系统的危害是非常巨大的，当谐波存在时，电能计量可能会出现相应的误差，影响电力用户和供电企业双方的利益。因此，电力工作人员应该充分重视起来，采取合理有效的措施，对计量方式进行改进和创新，实现基波电能和谐波电能的分别计算，从而保证电能计量的准确性，保证我国电力行业的持续稳定健康发展。
参考文献：
[1]查利冬.谐波存在时的电能计量误差与改进技术分析[J].江西建材.2014（22）
[2]袁丁，邓洁.谐波存在时的改进电能计量方法及应用[J].科技与企业.2012（24）
[3]温和，滕召胜，胡晓光，王永，曾博.谐波存在时的改进电能计量方法及应用[J].仪器仪表学报.2011（01）
国网山东郓城县供电公司 山东郓城 274700
摘要：对于电力工作人员而言，对电能计量方法进行改进和创新，消除电能计量误差，是当前需要重点研究的课题。本文首先分析了产生谐波的原因，然后阐述了谐波下电能计量系统存在的误差，最后探讨了谐波存在时电能计量的有效方法。
关键词：谐波；电能计量；计量误差；电能表
一、产生谐波的原因
产生谐波主要是因为电力系统中非线性负载所引起的，比如逆变器、变频器等一些变流设备，具体表现在三方面：
（一）发电原因
电站发电机中的三相绕组并不能完全对称，在制作的过程中也不能满足这个要求，而且绕过铁心均匀也是比较困难的，这对发电机的电源质量有很大影响，
谐波也就此产生。
（二）输配电系统的原因
在这个系统中，变压器很容易产生谐波，它的铁心呈现饱和的状态，而且磁化曲线还是非线性的，变压器在工作的时候磁密就在曲线的饱和段上，影响着变
压器的正常运行，这导致了电压器的磁化电流出现了尖项波形，奇次谐波就在其中产生。通过实践证明，如果变压器铁心的饱和度高的话，线性就越偏离工作的点位，也就非常容易有更大谐波电流产生；相反，就不会有很大的谐波产生。
（三）用电的原因
晶闸管被广泛用在电气设备中，在用电的过程中，电气设备很容易引发谐波产生，尤其是晶闸管材质的整流设备。现在社会中，有很多电力设备都引用了晶闸管，常见的有电源的开关、电动车、所有的充电设备等，这些都是非常容易产生谐波的，影响着电网的正常运行。在单相整流的电路装置与感性负载相连接的时候，就会有奇次谐波电流产生，最高的时候谐波要占据基波三层左右，比例非常大；而与容性负荷相连接的时候，会有奇次谐波电压产生，它还会根据电容值增加的频率有所增加；此外，还有一种最大容量的谐波源，是通过整流装置所产生的，占据了基波的四层左右，
二、谐波下电能计量系统存在的误差
电能计量系统存在的计量误差，属全部计量装置方面的误差，主要可分电能表、电压互感设备及 TA 误差，电能计量系统误差应从下述几方面加以合理分析。
（一）电子类型的电能表
包括：机电类型的电能表和电子类型的电能表。前者主要通过测量、电子方面的部件组成，因此类电能表波形信号装置多通过脉冲信号，也可叫感应类型的脉冲电能表。电子类型的电能表，可叫固态类型多功能电能表/精致类型电能表，主要通过大规模的继承芯片所组成，通过电子电路实现。电子类型的电能表同时又可分为模拟乘法式及数字型电能表两种。
1.模拟乘法设备式电能表
这类型的电能表的构成部分为：输入、乘法设备、电压、转化器、频率转换器、输出部分等。模拟乘法设备电能表，其工作的基本原理为：将电压信号U及电流信号I输入，将其转换为乘法器的时候，可充分的接受信号，通过其获取一段时间内的功率。其二，把平均功劳的信号转化成频率脉冲信号，通过频率信号技术的方式获取这一段时间的具体电量。电子类型的电能表的乘法设备，主要的作用为将输入的电压和电流信号，通过比例转换成功率设备。而模拟乘法设备的种类非常多。通过原理进行划分，主要可分为分割乘法设备、霍尔乘法设备。现当今，我国电子类型的电能表一般会应用分割乘法设备。模拟乘法设备电能表的误差，一般会来源于模拟乘法器。输入分割乘法设备的信号，其具有较高的谐波，这时应结合分割乘法设备计量的基本原理输入信号，禁止通过简便的直流信号。
2.数字类型电能表
数字类型的电能表的误差，一般多来源于数字乘法设备，其通过采样的方式保持、模拟的方式保持或数字转换组成。所以，对上述工作原理及谐波条件引入误差，进而获得数字型电能表计量的误差。
（二）CVT谐波测量的误差
谐波情况下，能够有效的补偿电抗设备、中间变压设备、阻尼设备等，其均有可能于饱和的范围内，所以应充分的考虑到其特征和性能，如非线性。我国110kV和发电厂升压站、变电站母线和出现等均通过CVT。然而，相关的研究显示CVT不能应用到谐波的测量中。国际电工IEC的标准中，具有明确的标准，CVT进行测量绕组需确保在既定频率的基础上98%～100%左右，满足精度方面的标准。保护绕组与既定的频率95%～101%左右，达成精度方面的要求。CTV于基波电压的基础上、系统保护、自动装置基波信号变换的情况下，能够达成系统方面的要求。然而，测电压频率出现一定变化的时候，存在谐波的时候，CVT通过电容分压设备等值电容、补偿电抗设备电感方面所构成，这时LC串联谐振的回路就会出现偏离的现象，致使其测量存在较大的误差。所以，谐波系统CVT不能够有效的反应真实的状况。实行谐波测量的过程，以CVT变换装置获得二次测信号，所以存在一定误差。
三、谐波存在时电能计量的有效方法
针对上述问题，电力工作人员应该充分重视起来，结合谐波原理以及谐波产生的基本要素，对谐波的危害进行约束，从而提升计量的准确性。从目前来看，谐波存在时，电能计量的有效措施，包括以下几种：
（一）应用全电子式智能电能表
全电子式智能电能表在计量中存在的误差，主要是由点积算法引起的，因此，对电能表进行更新，需要从计算算法开始。应该对电力系统中各次谐波的含量进行检测，针对谐波类型提出相应的解决方案。当前应用的全电子式电能表，在计量方法上相当复杂，必须由专业的技术人员进行操作，而且生产成本相对较高，因此一般都是在大中型工业企业中被广泛应用，可以有效降低谐波对于电能计量的影响。全电子式智能电能表的计量方法如下：在实际计量中，需要对带加权系数、谐波电能以及基波电能等进行分别计量。
W=C1W1-CfinWfin+Cfout|Wfout|
其中，W1、Wfin、Wfout分别代表负载所消耗的基波电能、吸收的谐波电能以及产生的谐波电能；而C1、Cfin、Cfout则代表相应的加强系数。一般情况下，将C1设置为1，则当Cfout大于1时，则应该对发出谐波电能的非线性负载用户进行惩罚；当Cfout在0-1的范围内时，则对线性负载用户进行相应的补偿。这种计量方法，能够有效避免因电能计量误差而引发的收费不公现象，同时可以利用经济手段，督促用户采取相应的措施，减少注入电网的谐波量。
（二）采用频域电能计量方法
在实际应用中，首先，应该对离散化的电流和电压信号序列进行相应的加窗处理，以降低频谱泄露，避免其可能对谐波分析造成的影响；其次，对加窗后的谐波电流电压序列进行离散傅里叶变换；然后，结合FFT计算方法，对频域参数进行相应的估量和计算，以获取电流和电压信号中存在的谐波分量频率偏差、相位及幅值等；最后，由FFT算法得到加窗后的电流电压频域参数，结合相应的公式，对各次谐波无功电能及有功电能进行计算。
（三）仿真实验
通过相应的仿真实验，可以得到谐波存在时的电能计量误差数据，同时通过三角自卷积窗方式，实现对于基波电能的准确计量，以保证电能计量的可靠性和准确性。
结语
综上，谐波对于电力系统的危害是非常巨大的，当谐波存在时，电能计量可能会出现相应的误差，影响电力用户和供电企业双方的利益。因此，电力工作人员应该充分重视起来，采取合理有效的措施，对计量方式进行改进和创新，实现基波电能和谐波电能的分别计算，从而保证电能计量的准确性，保证我国电力行业的持续稳定健康发展。
参考文献：
[1]查利冬.谐波存在时的电能计量误差与改进技术分析[J].江西建材.2014（22）
[2]袁丁，邓洁.谐波存在时的改进电能计量方法及应用[J].科技与企业.2012（24）
[3]温和，滕召胜，胡晓光，王永，曾博.谐波存在时的改进电能计量方法及应用[J].仪器仪表学报.2011（01）