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[摘 要]电能计量用于统计电能用户的用电量，供电企业根据用电量收取相应的电能费用，所以电能计量的准确性和可靠性对电力企业的经济效益和电能用户的利益有直接的影响，而电力传输过程中谐波的存在使得电力计量产生误差，因此，必须采取有效措施保证谐波影响下的电能计量的准确性。本文将对谐波所导致的电磁感应式电能表和全电子式电能表电能计量出现误差的原因进行分析，并提出了相应的可消除谐波影响的电能计量方法。
[关键词]谐波 电能计量 影响
中圖分类号：TM933.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）07-0334-01
1. 前言
近几年来，我国的电力事业发展势头迅猛，电能依然是社会生产生活的主要应用能源，电能计量的准确性与可靠性是保障市场经济下各个行业的经济效益以及人民日常生活质量的不容忽视的重要因素。随着现代科技的发展，许多科学严谨的电能计量手段得到广泛应用，电能计量的准确性有很大程度的提高，但现代企业大量使用大功率感性负载，使得电力网中产生大量的高次谐波，对电力计量产生干扰影响，因此，研究谐波环境下准确合理的电能计量方法得到了电力企业的普遍重视。
2.谐波影响下的电能计量误差
2.1 电磁感应式电能表
电磁感应式电能表所接收的电流是以基波的形式进行传导的。当电路中存在高次谐波时，就相当于在磁路中附加了谐波磁通，电压线圈以及旋转圆盘的阻抗受到谐波磁通的影响会产生相应的变化，进而使电磁感应式电能表周围的电压和电流产生变化，最终导致电能表显示的计量数据存在误差[1]。另一方面，基波和谐波传导的过程中在某些地方会出现叠加情况，产生畸形波形。标准电路平均功率使纯正弦变化电波的电压与电流相互作用的结果。由于电磁感应式电能表使用的是铁磁线圈，当波形出现畸形时电流和电压不能产生线性变化而是发生畸变，这就使得电磁器件的周围在原有电压的基础上附加了谐波电压，谐波电压与谐波电流的附加作用，导致电磁转矩和标准电路平均功率之间不能出现正比关系[2]。总而言之，电路中出现谐波时，电磁感应式电能表计量的电能数据并不包括谐波有功电能，电能计量时不精确的。
2.2 全电子式电能表
全电子式电能表的工作原理是通过特殊的电能表集成电路把处理过的实时的电压和电流转换成脉冲输出，这样产生的脉冲与电能之间存在正比关系，从而电能表能够显示供电用户所使用的电能数据[4]。全电子式电能表工作时，转换成脉冲的电压与电流是实施电路的瞬时值，因此，依据这样的科学理论计算出的使用电量应该包括标准电路电能和谐波有功电能。但是实际与理论是存在差距的。在电路中，负载电流和谐波电流属于相向流动，那么基波与谐波产生的电能也是相反方向的，全电子式电能表记录的电能是两种波形有功电能的代数和，这就使得电能表显示的电能不仅没有包括谐波有功电能，还会比基波有功电能要小，电能计量也就不可不免的出现了误差。同时，外界环境的温度、电能表电能计算方法、电磁元件的使用频率以及加载的电压电流等条件的变化也会不同程度的改变谐波对电能表计量电能的干扰影响。
3.谐波环境下准确实施电能计量的方法
在当下的电力系统中，我国国民经济进行生产大量使用的整流设备、变压器、电抗器、工业用电弧炉、大型单相电力电子装置、电气化机车以及应用于高新产品的敏感电子器件都是电网中谐波的主要来源，现代的电子电力技术还没能找到其他能消除谐波的替代元件和设备，因此，在谐波必然存在的情况下，只能改进电能计量方法，以保证电能计量的准确性和可靠性。要想从根本上解决谐波的干扰影响，如何防止谐波电流的产生是问题的关键，没有谐波电流也就不会有谐波电压，电网中也就不会有谐波电能消耗[5]。目前可以通过安装调谐波装置和补偿功率因数的方法减轻谐波的对电能计量的影响。另一方面，我们还必须认识到基波和谐波产生的功率的性质是不同的，基波功率属于有用功率，谐波功率属于无用功率，只有有用功率用于称量计算，基于此原因，发展出以下几种在谐波环境下准确实施电能计量的方法。
（1）采用频率陡降的电能表。频率陡降的电能表只能采集线性的电压和电流，并计算出对应功率，因此这种电能表是名副其实的基波电能表。谐波电压与谐波电流产生的谐波功率属于非线性负荷，不能对基波电能表产生影响，因此，使用频率陡降的电能表也就弥补了全电子式电能表的弊端，真正做到了电能计量与实际使用值保持一致。
（2）采用分频技术制作的电能表。分频技术制作的电能表计量的电能包括基波电能以及不同传导方向的谐波电能，这样可以使用电费杠杆来保障企业和用户的利益。这是因为采用分频技术计算出的电能为三个部分，电费也可相应分别收取，即基波电费、谐波消耗电能的惩罚性电费以及消除谐波消耗电能的奖励性电费。在以前的概念中，人们通常把谐波电压同基波电压一起归类为有效电压，相应的谐波电流也被视为有效电流的一种类型，有效功率即为基波功率和谐波功率之和[6]。因此，人们理想的认为电压表、电流表有功功率表的频率特性是不变，当然还包括有功功率表的频率特性也是固定，这种理论把基波电能和谐波电能归为一体了，使得电能表计量出的电能数据不能消除谐波的影响，基波的电气量存在一定的误差。现代化的电子电气技术的的发展需要更为准确的电能计量，因此必须区分出基波功率和谐波功率。依据以前把谐波功率和基波功率一起归为有功功率的理论进行电能计量，那么就会出现计量精确度越高，电能计量存在误差越大的情况，而运用分频技术制作的电能表进行电能计量就可以很好地区分基波电能和谐波电能，而且还能对不同传导方向的谐波所产生的电能进行分别计量，最大程度的减少了电能计量误差。使用分频技术制作的电能表进行电能计量可便于供电企业对不同供电用户进行区别收费，对产生非线性谐波耗能的用户加收相应的补偿费用，对只产生基波耗能的用户给予适当的奖励性电费。这样的措施很好的保障了电力企业的经济效益和用户的利益。由此可知，在谐波环境下使用分频技术制作的电能表进行电能计量是非常可靠的。
（3）采取技术与管理两个方面的措施。除了选用频率陡降的电能表和分频技术制作的电能表消除谐波对电能计量的不良影响，也可通过电子电力技术以及管理层面的方法过滤掉流入电磁元件的谐波。电力系统通过加强拦截非线性负荷，使得电路中的谐波含量降低到一定程度，当谐波含量足够低时，其对电能表的计量影响是很微弱，电能的计量值也就无限接近于实际使用值，保证了电能计量的准确性与可靠性，为此，国家部门对电网中谐波含量的允许范围进行了标准规范[7]。
4.结语
总而言之，铁磁元件、变频设备以及整流设备等先进电力电子装置的大量应用带动了电力事业以及相关产业的快速发展，给电力事业及其周边产业带来的巨大的经济效益，但也带来了谐波方面的负面影响。常用于电能计量的电磁感应式电能表和全电子式电能表都不能避免谐波的干扰影响，而频率陡降的电能表、分频技术制作的电能表以及技术与管理相结合控制电路中谐波的含量，这三种电能计量方法可有效区分基波电能与谐波电能，保证电能计量的准确性，保障企业与用户的利益。
参考文献
[1] 魏立明，靖辉，赵珊.电能计量中谐波影响的研究[J].吉林电力，2011，39（3）： 4-6.
[2] 黄带好.浅析电力系统中谐波对电能计量的影响[J].机电信息，2010，15（24）：117-119.
[3] 于劲松.浅析电能计量—谐波对电能计量的影响[J].科技信息，2010，23（35）：235-236.
[关键词]谐波 电能计量 影响
中圖分类号：TM933.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）07-0334-01
1. 前言
近几年来，我国的电力事业发展势头迅猛，电能依然是社会生产生活的主要应用能源，电能计量的准确性与可靠性是保障市场经济下各个行业的经济效益以及人民日常生活质量的不容忽视的重要因素。随着现代科技的发展，许多科学严谨的电能计量手段得到广泛应用，电能计量的准确性有很大程度的提高，但现代企业大量使用大功率感性负载，使得电力网中产生大量的高次谐波，对电力计量产生干扰影响，因此，研究谐波环境下准确合理的电能计量方法得到了电力企业的普遍重视。
2.谐波影响下的电能计量误差
2.1 电磁感应式电能表
电磁感应式电能表所接收的电流是以基波的形式进行传导的。当电路中存在高次谐波时，就相当于在磁路中附加了谐波磁通，电压线圈以及旋转圆盘的阻抗受到谐波磁通的影响会产生相应的变化，进而使电磁感应式电能表周围的电压和电流产生变化，最终导致电能表显示的计量数据存在误差[1]。另一方面，基波和谐波传导的过程中在某些地方会出现叠加情况，产生畸形波形。标准电路平均功率使纯正弦变化电波的电压与电流相互作用的结果。由于电磁感应式电能表使用的是铁磁线圈，当波形出现畸形时电流和电压不能产生线性变化而是发生畸变，这就使得电磁器件的周围在原有电压的基础上附加了谐波电压，谐波电压与谐波电流的附加作用，导致电磁转矩和标准电路平均功率之间不能出现正比关系[2]。总而言之，电路中出现谐波时，电磁感应式电能表计量的电能数据并不包括谐波有功电能，电能计量时不精确的。
2.2 全电子式电能表
全电子式电能表的工作原理是通过特殊的电能表集成电路把处理过的实时的电压和电流转换成脉冲输出，这样产生的脉冲与电能之间存在正比关系，从而电能表能够显示供电用户所使用的电能数据[4]。全电子式电能表工作时，转换成脉冲的电压与电流是实施电路的瞬时值，因此，依据这样的科学理论计算出的使用电量应该包括标准电路电能和谐波有功电能。但是实际与理论是存在差距的。在电路中，负载电流和谐波电流属于相向流动，那么基波与谐波产生的电能也是相反方向的，全电子式电能表记录的电能是两种波形有功电能的代数和，这就使得电能表显示的电能不仅没有包括谐波有功电能，还会比基波有功电能要小，电能计量也就不可不免的出现了误差。同时，外界环境的温度、电能表电能计算方法、电磁元件的使用频率以及加载的电压电流等条件的变化也会不同程度的改变谐波对电能表计量电能的干扰影响。
3.谐波环境下准确实施电能计量的方法
在当下的电力系统中，我国国民经济进行生产大量使用的整流设备、变压器、电抗器、工业用电弧炉、大型单相电力电子装置、电气化机车以及应用于高新产品的敏感电子器件都是电网中谐波的主要来源，现代的电子电力技术还没能找到其他能消除谐波的替代元件和设备，因此，在谐波必然存在的情况下，只能改进电能计量方法，以保证电能计量的准确性和可靠性。要想从根本上解决谐波的干扰影响，如何防止谐波电流的产生是问题的关键，没有谐波电流也就不会有谐波电压，电网中也就不会有谐波电能消耗[5]。目前可以通过安装调谐波装置和补偿功率因数的方法减轻谐波的对电能计量的影响。另一方面，我们还必须认识到基波和谐波产生的功率的性质是不同的，基波功率属于有用功率，谐波功率属于无用功率，只有有用功率用于称量计算，基于此原因，发展出以下几种在谐波环境下准确实施电能计量的方法。
（1）采用频率陡降的电能表。频率陡降的电能表只能采集线性的电压和电流，并计算出对应功率，因此这种电能表是名副其实的基波电能表。谐波电压与谐波电流产生的谐波功率属于非线性负荷，不能对基波电能表产生影响，因此，使用频率陡降的电能表也就弥补了全电子式电能表的弊端，真正做到了电能计量与实际使用值保持一致。
（2）采用分频技术制作的电能表。分频技术制作的电能表计量的电能包括基波电能以及不同传导方向的谐波电能，这样可以使用电费杠杆来保障企业和用户的利益。这是因为采用分频技术计算出的电能为三个部分，电费也可相应分别收取，即基波电费、谐波消耗电能的惩罚性电费以及消除谐波消耗电能的奖励性电费。在以前的概念中，人们通常把谐波电压同基波电压一起归类为有效电压，相应的谐波电流也被视为有效电流的一种类型，有效功率即为基波功率和谐波功率之和[6]。因此，人们理想的认为电压表、电流表有功功率表的频率特性是不变，当然还包括有功功率表的频率特性也是固定，这种理论把基波电能和谐波电能归为一体了，使得电能表计量出的电能数据不能消除谐波的影响，基波的电气量存在一定的误差。现代化的电子电气技术的的发展需要更为准确的电能计量，因此必须区分出基波功率和谐波功率。依据以前把谐波功率和基波功率一起归为有功功率的理论进行电能计量，那么就会出现计量精确度越高，电能计量存在误差越大的情况，而运用分频技术制作的电能表进行电能计量就可以很好地区分基波电能和谐波电能，而且还能对不同传导方向的谐波所产生的电能进行分别计量，最大程度的减少了电能计量误差。使用分频技术制作的电能表进行电能计量可便于供电企业对不同供电用户进行区别收费，对产生非线性谐波耗能的用户加收相应的补偿费用，对只产生基波耗能的用户给予适当的奖励性电费。这样的措施很好的保障了电力企业的经济效益和用户的利益。由此可知，在谐波环境下使用分频技术制作的电能表进行电能计量是非常可靠的。
（3）采取技术与管理两个方面的措施。除了选用频率陡降的电能表和分频技术制作的电能表消除谐波对电能计量的不良影响，也可通过电子电力技术以及管理层面的方法过滤掉流入电磁元件的谐波。电力系统通过加强拦截非线性负荷，使得电路中的谐波含量降低到一定程度，当谐波含量足够低时，其对电能表的计量影响是很微弱，电能的计量值也就无限接近于实际使用值，保证了电能计量的准确性与可靠性，为此，国家部门对电网中谐波含量的允许范围进行了标准规范[7]。
4.结语
总而言之，铁磁元件、变频设备以及整流设备等先进电力电子装置的大量应用带动了电力事业以及相关产业的快速发展，给电力事业及其周边产业带来的巨大的经济效益，但也带来了谐波方面的负面影响。常用于电能计量的电磁感应式电能表和全电子式电能表都不能避免谐波的干扰影响，而频率陡降的电能表、分频技术制作的电能表以及技术与管理相结合控制电路中谐波的含量，这三种电能计量方法可有效区分基波电能与谐波电能，保证电能计量的准确性，保障企业与用户的利益。
参考文献
[1] 魏立明，靖辉，赵珊.电能计量中谐波影响的研究[J].吉林电力，2011，39（3）： 4-6.
[2] 黄带好.浅析电力系统中谐波对电能计量的影响[J].机电信息，2010，15（24）：117-119.
[3] 于劲松.浅析电能计量—谐波对电能计量的影响[J].科技信息，2010，23（35）：235-236.