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[摘要]： 谐波是电力系统中不能完全杜绝的干扰现象，谐波的产生是电力系统中主要设备的硬件因素引起的，在不能避免的情况下只能通过技术改进对其进行有限的控制。因此谐波对电力计量也会产生实时的影响，各种电器设备都会产生谐波并干扰计量电表。
[关键词]： 电力谐波 电力计量 应用发展
中图分类号：F407.61 文献标识码：F 文章编号：1009-914X（2012）26- 0325 -01
1 谐波的危害
1.1 污染公用电网
如果公用电网的谐波特别严重，则不但使接入该电网的设备（电视机、计算机等）无法正常工作，甚至会造成故障，而且还会造成向公用电网的中性线注入更多电流，造成超载、发热，影响电力正常输送。
1.2 影响变压器工作
谐波电流，特别是3次（及其倍数）谐波侵入三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组发热。对Y形连接中性线接地系统中，侵入变压器的中性线的3次谐波电流会使中性线发热。
1.3 影响继电保护的可靠性
如果继电保护装置是按基波负序量整定其整定值大小，此时，若谐波干扰叠加到极低的整定值上，则可能会引起负序保护装置的误动作，影响电力系统安全。
1.4 加速金属化膜电容器老化
在电网中金属化膜电容器被大量用于无功补偿或滤波器，而在谐波的长期作用下，金属化膜电容器会加速老化。
1.5 增加输电线路功耗
如果电网中含有高次谐波电流，那么，高次谐波电流会使输电线路功耗增加。
如果输电线是电缆线路，与架空线路相比，电缆线路对地电容要大10～20倍，而感抗仅为其1/3～1/2，所以很容易形成谐波谐振，造成绝缘击穿。
1.6 增加旋转电机的损耗
国际上一般认为电动机在正常持续运行条件下，电网中负序电压不超过额定电压的2%，如果电网中谐波电压折算成等值基波负序电压大于这个数值，则附加功耗明显增加。
1.7 影响或干扰测量控制仪器、通讯系统工作
例如，直流输电中，直流换流站换相时会产生3～10kHz高频噪声，会干扰电力载波通信的正常工作。
2 谐波对电力计量的影响
2.1 对电感电表的影响。电感式的电表工作主要是依靠磁感应来产生推动器件转动的力矩，从而完成计量的。工作中电压线圈所产生的电流的磁通分两个部分，一则穿过铝盘而通过回磁板而形成工作磁通，一侧是不穿过铝盘而是左右的铁轭形成分工作磁通。而电流线圈所产生的磁通则会两次穿过铝盘，并通过电流组件而形成回路。因为电压线圈和电流线圈产生的是交变磁通，在不同的位置穿过铝盘，这就在铝盘上不同的位置产生感应电流，此种电流与磁场产生相互作用就推动了铝盘的转动，铝盘转动与负载有功功率是正比关系。电磁感应式的电表设计是以基波为设计基础的，因谐波和基波叠加所产生的电压和电流是一种畸变状态，其可以导致电感式电表的误差率特性曲线出现迅速的下降，因此在电量计量中会对电表的准确性产生较大的影响。
2.2 对电子式电表的影响。与感应式电表的相比，电子式的电表计量误差已经相对于频率变化有所减小。而以基波计量为标准的时候，电子式电表计量的误差要比感应式电表的误差还大，这时因为其制作的原理来决定的，电表进行采用的方式是：A/D采用-乘法器-处理器-显示输出，设备是按照正弦50Hz在不超过国家标准的情况下进行工作的。按照电子式电表的检定规则，电子式电表的电流、电压所允许的失真的正弦波是在一定的范围内的，而多次谐波将导致整个波形计量的超限，产生失真引发乘法器误差。
3 谐波在计量中的应用和发展
3.1 在谐波存在的情况下，谐波作用下的电能计量有三种方式：1）促进了电表功率反应性能的提高，实际上就是让电表尽量的反应出实际的功率，即基波和谐波所形成的综合功率，就是一种全能量的计量方式；2）对谐波进行过滤和忽视，即增加电表的抗干扰能力，只对基波进行功率测量，也就是一种纯基波的计量方式；3）利用电表对基波和谐波的功率进行分辨和区别计量，此种方式也可以看做是谐波电能计量的方式。此种方式随着技术手段和计费标准的改进将成为电能计量的一个趋势。
3.2 在我国的电力计量中使用的是全能量的计量，这种计量方式中当基波电流稳定的时候，计量较为准确可靠，但是系统中一旦出现谐波干扰，且超过了计量设备允许的范围时，全能量的计量表就会失去作用，误差增加。因此，将谐波和基波隔离开，并实现分别计量将成为未来电力计量的发展趋势。也就是在研制中建立简化的电力系统，将谐波影响下德尔计量误差进行模型化的处理，并以此确定基波线性模型和谐波作用下的非线性模型，这样就可以将二者区别开来，以此对谐波作用下的有效电流值进行计量，这样就可以实现对有效谐波计量的目标。
3.3 装配有源滤波器。由变流器/逆变器产生的边频带和谐波不能很好地用普通的滤波器来滤除，这是因为边频带上的频率是随传动装置的速度而變化的，并且时常很接近于基波频率。目前有源滤波器日益推广应用，它在工作时主动地注入一个电流来精确地补偿由负荷产生的谐波电流，就会获得一个纯粹的正弦波。这种滤波设备的工作靠数字信号处理（DSP）技术来控制快速绝缘栅双极晶体管（IGBT）。因为设备与供电系统是并联工作的，它只控制谐波电流，基波电流并不流过滤波器。如果所需过滤的谐波电流比滤波器的容量大，它只是简单地起限制作用而使波形得到部分纠正。
3.4 基于小波变换检测法。小波变换是近几年掀起热潮的一个国际前沿领域，它是在傅里叶变换的基础上发展起来的新的信号处理方法。从原则上讲，凡传统使用傅氏变换都可以用小波变换来代替。近年来一些文献将小波变换应用于电力系统电能质量分析、故障检测及继电保护等方面，表明小波变换在电力系统具有广阔的应用前景。它主要利用正交小波在L2（R）空间线性张成的标准正交小波基和小波函数时域局部性的特点，将谐波时变幅值投影到小波函数和尺度函数张成的子空间上，从而把时变幅值的估计问题转化为常系数估计，利用最小二乘法即可实现时变谐波的检测。同时递推最小二乘法的应用使该方法适用于谐波在线跟踪。这种方法只是在仿真上证明了它的有效性，但是在实际现场没有证明它的可行性。在这方面还需要进一步研究与探讨。
3.5 谐波电表的发展。目前针对谐波的干扰，技术人员已经研制出了谐波电表，专门对谐波用户进行计量。但是因为谐波电量的收费标准没有形成，所以此种谐波电表的应用还需要时间。但是此种谐波电表在试验中却现实了突出的优点。
谐波电表完全可以消除感应式电表中因为机械运转、器件失灵、倾斜度增加等造成的计量失真。此种全电子是电能表的研发，是在原有单片机的基础上发展而来的，采用大容量芯片，汉字点阵字库、A/D结合DSP结合CPU的形式，不断完善独立计算和计量的专用芯片，从而拓展了大量程、宽量限的电表，由此实现了对谐波和基波的进行分别测量而区别计量的能力，这样电表就具备了计量基波有功电能、基波无功电能、实际消耗电能、总电能等。全新的改进电子式电表具有更加宽的频率响应，误差频率特性曲线将更加的平直，所以在谐波存在的情况下，新型的电子电表的误差即将远远小于感应式电子电表，并可以实现基波和谐波分别计量的目的。
4 结束语
随着我国工业化进程的迅猛发展，电网装机容量不断加大，电网中电力电子元件的使用也越来越多，致使大量的谐波电流注入电网，造成正弦波畸变，电能质量下降，不但对电力系统的一些重要设备产生重大影响，对广大用户也产生了严重危害。因此研制更加精确而灵敏的谐波计量电表就成为来了电力计量技术的发展方向，进而实现对有效谐波和基波共同计量的目标。
[关键词]： 电力谐波 电力计量 应用发展
中图分类号：F407.61 文献标识码：F 文章编号：1009-914X（2012）26- 0325 -01
1 谐波的危害
1.1 污染公用电网
如果公用电网的谐波特别严重，则不但使接入该电网的设备（电视机、计算机等）无法正常工作，甚至会造成故障，而且还会造成向公用电网的中性线注入更多电流，造成超载、发热，影响电力正常输送。
1.2 影响变压器工作
谐波电流，特别是3次（及其倍数）谐波侵入三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组发热。对Y形连接中性线接地系统中，侵入变压器的中性线的3次谐波电流会使中性线发热。
1.3 影响继电保护的可靠性
如果继电保护装置是按基波负序量整定其整定值大小，此时，若谐波干扰叠加到极低的整定值上，则可能会引起负序保护装置的误动作，影响电力系统安全。
1.4 加速金属化膜电容器老化
在电网中金属化膜电容器被大量用于无功补偿或滤波器，而在谐波的长期作用下，金属化膜电容器会加速老化。
1.5 增加输电线路功耗
如果电网中含有高次谐波电流，那么，高次谐波电流会使输电线路功耗增加。
如果输电线是电缆线路，与架空线路相比，电缆线路对地电容要大10～20倍，而感抗仅为其1/3～1/2，所以很容易形成谐波谐振，造成绝缘击穿。
1.6 增加旋转电机的损耗
国际上一般认为电动机在正常持续运行条件下，电网中负序电压不超过额定电压的2%，如果电网中谐波电压折算成等值基波负序电压大于这个数值，则附加功耗明显增加。
1.7 影响或干扰测量控制仪器、通讯系统工作
例如，直流输电中，直流换流站换相时会产生3～10kHz高频噪声，会干扰电力载波通信的正常工作。
2 谐波对电力计量的影响
2.1 对电感电表的影响。电感式的电表工作主要是依靠磁感应来产生推动器件转动的力矩，从而完成计量的。工作中电压线圈所产生的电流的磁通分两个部分，一则穿过铝盘而通过回磁板而形成工作磁通，一侧是不穿过铝盘而是左右的铁轭形成分工作磁通。而电流线圈所产生的磁通则会两次穿过铝盘，并通过电流组件而形成回路。因为电压线圈和电流线圈产生的是交变磁通，在不同的位置穿过铝盘，这就在铝盘上不同的位置产生感应电流，此种电流与磁场产生相互作用就推动了铝盘的转动，铝盘转动与负载有功功率是正比关系。电磁感应式的电表设计是以基波为设计基础的，因谐波和基波叠加所产生的电压和电流是一种畸变状态，其可以导致电感式电表的误差率特性曲线出现迅速的下降，因此在电量计量中会对电表的准确性产生较大的影响。
2.2 对电子式电表的影响。与感应式电表的相比，电子式的电表计量误差已经相对于频率变化有所减小。而以基波计量为标准的时候，电子式电表计量的误差要比感应式电表的误差还大，这时因为其制作的原理来决定的，电表进行采用的方式是：A/D采用-乘法器-处理器-显示输出，设备是按照正弦50Hz在不超过国家标准的情况下进行工作的。按照电子式电表的检定规则，电子式电表的电流、电压所允许的失真的正弦波是在一定的范围内的，而多次谐波将导致整个波形计量的超限，产生失真引发乘法器误差。
3 谐波在计量中的应用和发展
3.1 在谐波存在的情况下，谐波作用下的电能计量有三种方式：1）促进了电表功率反应性能的提高，实际上就是让电表尽量的反应出实际的功率，即基波和谐波所形成的综合功率，就是一种全能量的计量方式；2）对谐波进行过滤和忽视，即增加电表的抗干扰能力，只对基波进行功率测量，也就是一种纯基波的计量方式；3）利用电表对基波和谐波的功率进行分辨和区别计量，此种方式也可以看做是谐波电能计量的方式。此种方式随着技术手段和计费标准的改进将成为电能计量的一个趋势。
3.2 在我国的电力计量中使用的是全能量的计量，这种计量方式中当基波电流稳定的时候，计量较为准确可靠，但是系统中一旦出现谐波干扰，且超过了计量设备允许的范围时，全能量的计量表就会失去作用，误差增加。因此，将谐波和基波隔离开，并实现分别计量将成为未来电力计量的发展趋势。也就是在研制中建立简化的电力系统，将谐波影响下德尔计量误差进行模型化的处理，并以此确定基波线性模型和谐波作用下的非线性模型，这样就可以将二者区别开来，以此对谐波作用下的有效电流值进行计量，这样就可以实现对有效谐波计量的目标。
3.3 装配有源滤波器。由变流器/逆变器产生的边频带和谐波不能很好地用普通的滤波器来滤除，这是因为边频带上的频率是随传动装置的速度而變化的，并且时常很接近于基波频率。目前有源滤波器日益推广应用，它在工作时主动地注入一个电流来精确地补偿由负荷产生的谐波电流，就会获得一个纯粹的正弦波。这种滤波设备的工作靠数字信号处理（DSP）技术来控制快速绝缘栅双极晶体管（IGBT）。因为设备与供电系统是并联工作的，它只控制谐波电流，基波电流并不流过滤波器。如果所需过滤的谐波电流比滤波器的容量大，它只是简单地起限制作用而使波形得到部分纠正。
3.4 基于小波变换检测法。小波变换是近几年掀起热潮的一个国际前沿领域，它是在傅里叶变换的基础上发展起来的新的信号处理方法。从原则上讲，凡传统使用傅氏变换都可以用小波变换来代替。近年来一些文献将小波变换应用于电力系统电能质量分析、故障检测及继电保护等方面，表明小波变换在电力系统具有广阔的应用前景。它主要利用正交小波在L2（R）空间线性张成的标准正交小波基和小波函数时域局部性的特点，将谐波时变幅值投影到小波函数和尺度函数张成的子空间上，从而把时变幅值的估计问题转化为常系数估计，利用最小二乘法即可实现时变谐波的检测。同时递推最小二乘法的应用使该方法适用于谐波在线跟踪。这种方法只是在仿真上证明了它的有效性，但是在实际现场没有证明它的可行性。在这方面还需要进一步研究与探讨。
3.5 谐波电表的发展。目前针对谐波的干扰，技术人员已经研制出了谐波电表，专门对谐波用户进行计量。但是因为谐波电量的收费标准没有形成，所以此种谐波电表的应用还需要时间。但是此种谐波电表在试验中却现实了突出的优点。
谐波电表完全可以消除感应式电表中因为机械运转、器件失灵、倾斜度增加等造成的计量失真。此种全电子是电能表的研发，是在原有单片机的基础上发展而来的，采用大容量芯片，汉字点阵字库、A/D结合DSP结合CPU的形式，不断完善独立计算和计量的专用芯片，从而拓展了大量程、宽量限的电表，由此实现了对谐波和基波的进行分别测量而区别计量的能力，这样电表就具备了计量基波有功电能、基波无功电能、实际消耗电能、总电能等。全新的改进电子式电表具有更加宽的频率响应，误差频率特性曲线将更加的平直，所以在谐波存在的情况下，新型的电子电表的误差即将远远小于感应式电子电表，并可以实现基波和谐波分别计量的目的。
4 结束语
随着我国工业化进程的迅猛发展，电网装机容量不断加大，电网中电力电子元件的使用也越来越多，致使大量的谐波电流注入电网，造成正弦波畸变，电能质量下降，不但对电力系统的一些重要设备产生重大影响，对广大用户也产生了严重危害。因此研制更加精确而灵敏的谐波计量电表就成为来了电力计量技术的发展方向，进而实现对有效谐波和基波共同计量的目标。