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【摘要】总的来讲，电力系统中的谐波属于一种不可消除的因素，只要系统运行就无可避免地会产生谐波，这已经成为一个公认的事实。谐波对电能计量的影响，可以从两个方面进行分析，一方面是谐波对电能计量方式的影响，另一方面则是谐波对电能计量装置的影响。基于此点，本文就谐波对电能计量的影响展开研究。
【关键词】电力系统；谐波；电能计量；电能表
一、谐波对电能计量的影响分析
（一）谐波对电能计量方式的影响分析
1.在传统电能计量方式中，通常采用以计量全能量为计量标准，这使得具备计量精度高的电子式电能表势必会代替感应式电能表。过去的电力系统受规模和技术的限制，谐波的影响程度较小，所以可无需考虑谐波因素采用全能量计量方式。然而，随着电力技术的快速发展，及其在工业领域和用电设备上的广泛应用，电力系统随之越来越复杂，如电气化铁道上应用的大功率单项整流，对通讯线路和电力系统设备造成了不可忽视的负面影响。在此情况下，电能计量必须考虑谐波对其的影响。
2.传统全能量计量方式是计量谐波电能和基波电能的代数和，这种计量方式在当前复杂的电力系统中呈现出诸多局限性：其一，当负荷为线性，供电为非正弦的情况下，电能表计量是的部分谐波和基波电能的代数和，谐波的存在既会损害用电设备，又会导致用户多交电费，致使该计量方式欠缺合理性；其二，在用户为非线性的情况下，非线性负荷会产生谐波功率和电能，同时会使一部分电能倒流至电力系统中，从而导致电能表计量的是基波电能与倒流入系统中电能的相减数，这不仅会对电网造成负面影响，还会使得用户少交电费，损害供电企业利益；其三，当出现负载为非线性、电源畸变的复杂情况时，负载既会吸收电网中的基波和谐波，也会促使谐波倒流入电网，进而产生上述两种情况的后果。
3.根据以上分析可知，谐波功率及其电能会对电力系统产生重大影响，对于非线性用户而言，全能量计量方式是有利的，而对于供电企业和线性用户而言，全能量计量方式是不利的，同时难以准确反映实际电力平衡。所以，必须对全能量计量方式进行改进，采取分别考虑基波电能和谐波电能的电能计量方式。但是，以当前电力系统现有技术难以实现基波与谐波电能的分别计量，因此，为了保障电力企业和用户的切身利益，必须对电价收取模式进行修正，使其更具备合理性。
（二）谐波对电能计量装置的影响
1.谐波对感应式电能表的影响。目前，我国大部分地区使用的电能计量装置都是感应式电能表，这种类型的电能表是按照基波频率设计出来的，其最为显著的特点是高灵敏度。然而，当电网中的电压和电流正弦波产生畸变时，便会对感应式电能表的准确度造成影响。相关文献记载，研究波形畸变对电能表计量准确度影响的主要依据是它的频率特性，由于感应式电能表产生误差的原因相对较多，为了便于本文的研究，在此只考虑频率偏移和谐波的影响。①对于感应式电能表而言，它的设计主要是按照基波情况考虑的，在电力系统中负荷电压和电流不变的前提下，当频率发生变化时，因为电压线圈阻抗会发生一定变化，所以会造成电压工作磁通发生改变，与此同时，由于转盘阻抗的变化也会引起电流磁通的变化，因此，会对电能表的测量精确度造成一定影响。②通常情况下，电力系统中存在谐波分量时，谐波与基波便会相迭加，这样一来便会导致波形出现畸变，同时因为电流和电压铁芯导磁率的非线性因素影响，当电流和电压波形产生畸变时，磁通无法相应地进行线性变化。根据电能表的工作原理可知，只有在频率相同的电压和电流互相作用时才能够产生出平均功率，换言之，电能表只有在频率相同的电压和电流产生的磁通之间互相作用时才能产生转矩。然而，发生畸变的波形通过电磁元器件时，因为磁通无法与波形对应变化，所以造成转矩无法与平均功率成正比，这样便会产生出附加偏差，进而影响电能表的计量准确度。
2.谐波对电子式电能表的影响。电子式电能表具有功能全、准确等级高、使用简便等优点，这种电能表将有望在未来一段时期内取代感应式电能表。电子式电能表的基础是数字功率表，根据它的原理以及结构特点，大致可将其分为输入级、分频计数、乘法器以及V/f这四个部分。其中输入级的主要作用是将电网当中电流和电压经电压与电流互感器转换成为合适的小电压信号，并供给乘法器；乘法器是电子式电能表的核心部件，它能够将电压模拟量转换为它们的乘积，然后这部分模拟量会输送给V/f转换电路，并转换成脉冲数字量，最后输入到计数和驱动电路当中，完成功率测量。与感应式电能表相比，电子式电能表的频率曲线更为平坦，几乎不存在衰减，这说明电子式电能表具有宽频带响应，它对高次谐波功率的响应与基波的响应是一致的。电子式电能表因其具备频带较宽的特性，能够较为准确地计量基波电能和谐波电能，但是因电子式电能表存在同等对待谐波功率和基波功率的情况，因此会增大计量误差。
二、降低谐波对电能计量装置影响的有效途径
（一）计量方式的改进措施
在当前的电力系统中，必须对全能量计量方式进行改进，采取分别计量基波电能和用户吸收与发出谐波电能的计量方式。这种计量方式不仅充分考虑到负载所吸收和发出的谐波功率，而且还会消除全能量计量方式对用户和电力企业利益带来的不利影响，从而确保计量结果更加准确、合理、公平。
（二）电能计量装置的改进措施
目前，由于大部分用户属于非线性用户，所以电能准确计量的关键在于测量出用户向电力系统发出的谐波功率和吸收的谐波功率，只有测量出这部分谐波功率，才可以准确计量用户的电能用量，客观评价谐波功率对电网造成的影响。为此，可将谐波源判断和识别技术应用到电能计量装置中，通过利用基于谐波阻抗和功率潮流的谐波源辨识和检测方法，如微分方程法、功率潮流法、最小二乘法、临界阻抗法以及全球定位系统等谐波源辨识方法，以达到准确计量用户吸收和发出谐波功率的目的，进而确保电能计量装置充分考虑谐波功率的影响因素，提高计量的准确性。对于冲击性负荷而言，由于数字式电能计量装置的FFT在时域内不具备局部变化能力，因此可在电能装置中应用具备时—频局部变化能力的小波变换，结合使用这两种方法，以确保在冲击性负荷情况下准确计量出用户实际电能消耗。
【关键词】电力系统；谐波；电能计量；电能表
一、谐波对电能计量的影响分析
（一）谐波对电能计量方式的影响分析
1.在传统电能计量方式中，通常采用以计量全能量为计量标准，这使得具备计量精度高的电子式电能表势必会代替感应式电能表。过去的电力系统受规模和技术的限制，谐波的影响程度较小，所以可无需考虑谐波因素采用全能量计量方式。然而，随着电力技术的快速发展，及其在工业领域和用电设备上的广泛应用，电力系统随之越来越复杂，如电气化铁道上应用的大功率单项整流，对通讯线路和电力系统设备造成了不可忽视的负面影响。在此情况下，电能计量必须考虑谐波对其的影响。
2.传统全能量计量方式是计量谐波电能和基波电能的代数和，这种计量方式在当前复杂的电力系统中呈现出诸多局限性：其一，当负荷为线性，供电为非正弦的情况下，电能表计量是的部分谐波和基波电能的代数和，谐波的存在既会损害用电设备，又会导致用户多交电费，致使该计量方式欠缺合理性；其二，在用户为非线性的情况下，非线性负荷会产生谐波功率和电能，同时会使一部分电能倒流至电力系统中，从而导致电能表计量的是基波电能与倒流入系统中电能的相减数，这不仅会对电网造成负面影响，还会使得用户少交电费，损害供电企业利益；其三，当出现负载为非线性、电源畸变的复杂情况时，负载既会吸收电网中的基波和谐波，也会促使谐波倒流入电网，进而产生上述两种情况的后果。
3.根据以上分析可知，谐波功率及其电能会对电力系统产生重大影响，对于非线性用户而言，全能量计量方式是有利的，而对于供电企业和线性用户而言，全能量计量方式是不利的，同时难以准确反映实际电力平衡。所以，必须对全能量计量方式进行改进，采取分别考虑基波电能和谐波电能的电能计量方式。但是，以当前电力系统现有技术难以实现基波与谐波电能的分别计量，因此，为了保障电力企业和用户的切身利益，必须对电价收取模式进行修正，使其更具备合理性。
（二）谐波对电能计量装置的影响
1.谐波对感应式电能表的影响。目前，我国大部分地区使用的电能计量装置都是感应式电能表，这种类型的电能表是按照基波频率设计出来的，其最为显著的特点是高灵敏度。然而，当电网中的电压和电流正弦波产生畸变时，便会对感应式电能表的准确度造成影响。相关文献记载，研究波形畸变对电能表计量准确度影响的主要依据是它的频率特性，由于感应式电能表产生误差的原因相对较多，为了便于本文的研究，在此只考虑频率偏移和谐波的影响。①对于感应式电能表而言，它的设计主要是按照基波情况考虑的，在电力系统中负荷电压和电流不变的前提下，当频率发生变化时，因为电压线圈阻抗会发生一定变化，所以会造成电压工作磁通发生改变，与此同时，由于转盘阻抗的变化也会引起电流磁通的变化，因此，会对电能表的测量精确度造成一定影响。②通常情况下，电力系统中存在谐波分量时，谐波与基波便会相迭加，这样一来便会导致波形出现畸变，同时因为电流和电压铁芯导磁率的非线性因素影响，当电流和电压波形产生畸变时，磁通无法相应地进行线性变化。根据电能表的工作原理可知，只有在频率相同的电压和电流互相作用时才能够产生出平均功率，换言之，电能表只有在频率相同的电压和电流产生的磁通之间互相作用时才能产生转矩。然而，发生畸变的波形通过电磁元器件时，因为磁通无法与波形对应变化，所以造成转矩无法与平均功率成正比，这样便会产生出附加偏差，进而影响电能表的计量准确度。
2.谐波对电子式电能表的影响。电子式电能表具有功能全、准确等级高、使用简便等优点，这种电能表将有望在未来一段时期内取代感应式电能表。电子式电能表的基础是数字功率表，根据它的原理以及结构特点，大致可将其分为输入级、分频计数、乘法器以及V/f这四个部分。其中输入级的主要作用是将电网当中电流和电压经电压与电流互感器转换成为合适的小电压信号，并供给乘法器；乘法器是电子式电能表的核心部件，它能够将电压模拟量转换为它们的乘积，然后这部分模拟量会输送给V/f转换电路，并转换成脉冲数字量，最后输入到计数和驱动电路当中，完成功率测量。与感应式电能表相比，电子式电能表的频率曲线更为平坦，几乎不存在衰减，这说明电子式电能表具有宽频带响应，它对高次谐波功率的响应与基波的响应是一致的。电子式电能表因其具备频带较宽的特性，能够较为准确地计量基波电能和谐波电能，但是因电子式电能表存在同等对待谐波功率和基波功率的情况，因此会增大计量误差。
二、降低谐波对电能计量装置影响的有效途径
（一）计量方式的改进措施
在当前的电力系统中，必须对全能量计量方式进行改进，采取分别计量基波电能和用户吸收与发出谐波电能的计量方式。这种计量方式不仅充分考虑到负载所吸收和发出的谐波功率，而且还会消除全能量计量方式对用户和电力企业利益带来的不利影响，从而确保计量结果更加准确、合理、公平。
（二）电能计量装置的改进措施
目前，由于大部分用户属于非线性用户，所以电能准确计量的关键在于测量出用户向电力系统发出的谐波功率和吸收的谐波功率，只有测量出这部分谐波功率，才可以准确计量用户的电能用量，客观评价谐波功率对电网造成的影响。为此，可将谐波源判断和识别技术应用到电能计量装置中，通过利用基于谐波阻抗和功率潮流的谐波源辨识和检测方法，如微分方程法、功率潮流法、最小二乘法、临界阻抗法以及全球定位系统等谐波源辨识方法，以达到准确计量用户吸收和发出谐波功率的目的，进而确保电能计量装置充分考虑谐波功率的影响因素，提高计量的准确性。对于冲击性负荷而言，由于数字式电能计量装置的FFT在时域内不具备局部变化能力，因此可在电能装置中应用具备时—频局部变化能力的小波变换，结合使用这两种方法，以确保在冲击性负荷情况下准确计量出用户实际电能消耗。