浅论非线性负荷谐波对电能计量的影响及其建议 来源：大发体育    发布时间：2025-04-03 13:55:21

详细介绍

  

  在基波电压为220V、电流为10A、功率因数为1，谐波次数为3次、谐波电压与电流的含量皆为50%的情况下，当谐波电压与电流的夹角发生明显的变化时测量所得到的数据，对这一些数据进行分析，绘制了kh、感应式电能表计量谐波用户电能时的少计比例(%)与其夹角变化的关系曲线中可看出，当谐波电压、电流夹角为O°～90°时，即电网向用户送谐波电能，使感应式电能表计量的电能比基波电能多，呈现多计电量；当夹角为90°～180°时，即用户向电网注入谐波，使感应式电能表计量的电能比基波电能小，呈现少计电量，少计的电量与谐波功率大小呈正比关系。

  谐波电能量亦可以用类似的方法获得，但必须要求积分芯片具有很宽的频率响应，因为电网中谐波次数、含量不确定。由于滤波器的滤波特性是研制“基波表”（“谐波表”）的关键，数字滤波器采用了基于交流采样的全波傅氏算法(DFT算法)，全波傅氏算法可以精确地提取基波或某次谐波，为减少计算量，实现多路采样滤波，本文采用递推DFT算法，滤波效果良好。

  谐波参数中的“夹角”指谐波电压和电流夹角：夹角的变化在0°～180°之间，很显然，“夹角”的余弦即为谐波的功率因数，当“夹角”在0°～90°之间时，功率因数为正，谐波功率为正，即负荷从电网吸收谐波，这样的一种情况为电网中含有谐波，并向线性负荷用户输送；当“夹角”在90°～180°之间时，功率因数为负，谐波功率为负，即负荷向电网输送谐波。

  kh随着谐波频率增大而减小，即感应式电能表对谐波的反应能力随谐波次数升高而减小，谐波次数越低，感应式电能表反应越灵敏，相同谐波含量情况下，少计量的电量越多。如图3所示

  （数据是在谐波电压和电流含量为20%，谐波电压和电流夹角为180°，且于基波相对夹角不变的条件下测量所得到的）。

  将基波和谐波分离的常用方法是采用低通滤波器，采用低通滤波器虽能滤去高次谐波，但在截止频率附近的谐波很难完全滤去，而电力系统的电压和电流，特别是电流的谐波成分很丰富，二次谐波、三次谐波占的比重大，很难将它们完全滤去，而且所需元件数量较多，体积非常庞大，费用高。

  目前常采用高阶有源滤波器，虽然其滤Байду номын сангаас性能大幅度的提升，但是频率响应仍不够理想，对所提取的量有衰减。

  （多）计电量(%)”不仅能反映谐波功率，某些特定的程度上还能够反映谐波含量大小。

  试验数据是在基波频率为50Hz，电压为220V，电流为10A，功率因数为1的条件下测得的，通过对试验数据的分析，可得出以下结论：

  其中k1接近于1，kh＜l(h=2，3，4……)，即计量的电能量为基波电能减去一部分谐波电能。

  摘要：近年来，随着大量的非线性负荷的应用，整个电力系统无形中引进了大量的谐波，对电能计量的准确性产生了严重的影响，本文针对整数次谐波对电能计量的影响进行探索，通过对其试验，以期提出抑制其影响的方法和公平、公正的计量方式，避免国家和电力用户的损失。

  单相感应式电能表是基于工频电能设计的，当电压和电流的频率偏离工频时，造成驱动力矩、抑制力矩、补偿力矩以及铁芯损耗的大小发生相对变化而引起电能表计量误差的改变，感应式电能表频率响应情况直接反应了电能表对谐波的计量误差，典型的频率特性曲线基本相象。随频率的增大误差慢慢的变大，反应越不灵敏，其原因是：

  (2)当感应式电能表计量含有谐波的电网向线性用户更好的提供的电能时，指示值为：

  其中k1接近于1，kh＜l，kh随着谐波次数的增高而减小，即计量的电能量为基波电能加上一部分谐波电能，呈现多计电能，电能表的kh特性和它在计量非线性负荷消耗的电能时是一样的，因此，多计的电能与谐波次数与谐波功率有关。

  为减小温度、湿度、电磁场等对测量值的影响，试验在校准试验室内进行，环境和温度、湿度、磁场强度等参数满足电能表检定规程要求，以保证数据分析的正确性。试验原理图如图1。

  试验的方法是：由谐波发生器产生已知参数（次数、含量、初始角）的电压和电流谐波，并叠加于基波上，通过计量基波电能的电能表计量其基波电能W1，则能明确其谐波电能Wh;通过改变谐波参数，观察感应式、电子式电能表和“基波表”计量的电能量，分析确定谐波对电能表计量的影响。

  在谐波次数一定，谐波含量、谐波电压与电流夹角发生明显的变化时，kh基本上为恒定值，即kh与某次谐波的功率大小无关，但是，谐波的功率大小与感应式电能表所计量的电量有关，谐波功率越大，感应式电能表少计的电量越多。

  kh、感应式电能表计量谐波用户电能时的少计比例(%)与谐波含量变化的关系曲线，测量条件为基波电压为220V、电流为10A、功率因数为1，谐波次数为3次、谐波电压与电流夹角为180°。

  其中，基波/谐波电能计量是问题的关键。由于普通电能表无法准确地计量含有谐波的电能，要确定谐波对电能表计量的影响量，必须设法准确测量基波电能和谐波电能，由于在试验中其谐波含量能确定，因此，只要得到基波电能就可以推算出谐波电能。无论是测量基波还是谐波电能，核心问题是实现基波和谐波分离，即在需要基波时，如何最大限度地抑制谐波，在提取谐波时，如何完全滤去基波。

  kh是表征电能表对各次谐波电能的反应能力，即电能表在计量某次谐波电能时，它能够计量的谐波电能占总谐波电能的比例。在试验中发现该参数在研究谐波对电能表影响中有很重要的意义。

  kh＝（普通电能表所计量的h次谐波电能）／（h次谐波电能），h＝l，2,3……。

  “电能表所计量的谐波电能”：指普通电能表的计量值与基波电能的差值。电能表所计量的谐波电能某些特定的程度上反映了谐波功率的大小，当为负值时表示电能表计量的电量小于基波电能，即为“少计”，反之，电能表计量的电量大于基波电能，即为“多计”。在下面的图表分析中，使用的“少（多）计电量(%)”表示电能表所计量的谐波电能与基波电能之比，引入这个概念的原因是由于“少