电力谐波对电能计量影响分析

　　0 引言

　　自 2008 年 11 月至 2009 年 3 月，浚县10kV 卫东线的线损持续偏高(见表 1-1)，对所有计量装置进行现场检查测试，没有异常。有一铸造厂新建中频炉，一台 250KVA 配电变压器，六脉动整流装置，自 2008 年 11 月投运，经分析谐波引起计量误差，现场测试谐波结果见表 1-2。

　　近年来，随着国家产业政策的调整和家电下乡政策的不断推进，电网中的谐波问题日趋严重，有的谐波含量已超出了规定的范围[1]，对电力系统的安全和经济运行构成威胁，并使电能计量误差急剧增大，给电网经营企业带来了巨大损失。

　　目前，常用的电能表大多是按反映工频正弦量来设计的，而在谐波环境下，非线性用户谐波有功功率与基波有功功率相反，线性用户谐波有功功率与基波有功功率相同，通过线性负荷的有功功率多出了谐波功率，通过非线性负荷的有功功率则减少了谐波功率，因而总有功电能的计量会出现很大误差[2-3]。

　　1 谐波源

　　1.1 谐波的基本概念[4]

　　在供电系统中，通常总是希望交流电压和电流呈正弦波形.正弦电压可表示为

　　正弦电压施加在线性无源元件电阻、电感和电容上，其电流和电压分别为比例、积分和微分关系，仍为同频率的正弦波。当正弦电压施加在非线性电路上时，电流就变为非正弦波，非正弦电流在电网阻抗上产生压降，会使电压波形也变为非正弦波。当然，非正弦电压施加在线性电路上时，电流也是非正弦波。

　　对于周期为 T=2π/ω 的非正弦电压 u (ωt)，一般满足狄里赫利条件，可分解为如下的傅里叶级数

　　在式(1-2)的傅里叶级数中，频率为 1/T的分量称为基波，频率为大于 1 整数倍基波频率的分量称为谐波，谐波次数为谐波频率和基波频率的整数比。上述公式及定义适用于非正弦电流。

　　n 次谐波电压含有率以 HRUn表示

　　谐波电压含量 UH 和电流含量 IH 分别定义为

　　电压谐波总畸变率 THDu 和电流谐波总畸变率 THDi 分别定义为

　　1.2 谐波源分类

　　电力系统中主要谐波源可分为两类：一是含半导体的非线性元件，如各种整流设备、变流器、交直流换流设备、变频器等节能和控制用的电力电子设备;二是含电弧和铁磁非线性设备的谐波源，如交流电弧炉及铁磁谐振设备等。随着硅整流、电弧炉及可控硅换流设备的广泛使用和各种非线性负荷的增加，当正弦基波电压施加于非线性设备时，设备吸收的电流与施加的电压波形不同，电流因而发生畸变，谐波电流注入到电网中，造成电压正弦波畸变，这些设备就成了电力系统的谐波源。