谐波对电能计量影响研究

　　摘

 要:随着我国经济的迅猛发展,社会各行业的用电量越来越大,电力网络也随之不断扩

张

,同时引进了大量非线性负载。直流输电、冶金、化工等工业企业以及电气机车乃至家用电

器中的换流设备和电弧炉等各种具有时变性或非线性的电力电子设备接入电网后

,会使电网

电流波形发生畸变

,即向电网注入了谐波电流。

� 

　　关键词

:谐波;电能计量

� 

　　

 

　　所谓电网中的谐波是指电网正弦电压波形畸变后

,其波形可以用傅立叶级数进行分解,除

了

50 的基波外,还存在一系列频率为基波频率整数倍和幅值比基波幅值小的正弦波,这一系

列正弦波称为谐波。按国际通行的定义

,谐波是一个周期量的正弦波分量。谐波大量注入电网

将对电力系统造成严重危害

,如谐波使电网发生谐振的可能性大大增加,使电器设备、电子设

备、电气测量仪表运行不正常

,增加附加损耗,加速绝缘老化,降低使用寿命。电能计量是电力

系统收费的依据

,而电网中谐波的存在,使工业及日常中仍大量使用的感应式电能表的电能计

量误差加大

,影响电网的经济运行。因此,充分分析谐波对电能计量的影响,并对新的电能计量

方法和计量装置进行研究有重要意义。

� 

　　

1 谐波的主要来源

� 

　　电网中的谐波主要来源于三个方面

:

① 电源质量不高产生的谐波;② 输变电网产生的谐

波

;

③ 非线性用电负荷产生的谐波。非线性负载的大量使用,已成为电网中的最大谐波源,本文

主要讨论以下几类非线性谐波源。

� 

　　

(1)电弧炉和熔炼炉引起的谐波源。

� 

　　

 电弧炉是利用电极与熔化的金属炉料之间的电弧放出的热量来炼钢的,极间介质反复不

规则的开路或短路

,造成电弧极不稳定,因此电弧炉熔化期负荷很不稳定,产生很大的谐波电

流

,而且存在电压波动和闪变。

� 

　　

 感应熔炼炉采用相控方式,工作电流多为非正弦周期变量,含有大量的高次谐波。

� 

　　

(2)电气化铁道与电力机车引起的谐波。

� 

　　

 电气化铁道上运行的电力机车是当前电力系统一类重要的不对称非线性负载,而运行中

的电力机车对于某个固定的牵引变电所又是一个随意的变动负载。

� 

　　电铁的电力牵引单相整流机车

,使牵引变压器低压侧电流以及电压发生畸变,产生的大量

高次谐波分量通过牵引变压器高压侧注入电力系统。

� 

　　

(3)计算机负载引起的谐波。

� 

　　当今社会各行业对计算机的使用率越来越高

,诸如股票交易所、现代化的办公楼、网吧等

都是计算机大量使用的场所

,计算机负荷相对较大。计算机中的开关电源相对电力系统来说

是非线性负荷

,它的大量使用会产生一定的谐波。

� 

　　

(4)变压器和换流引起的谐波。

� 

　　变压器磁化特性的非线性是引起电力的另一重要原因

,其产生的谐波与变压器的工作状

态有密切关系。变压器的励磁电流中含有谐波电流

,主要为 3、5、7 次谐波。

� 

　　电力系统中

,各种不同类型,不同容量,服务与不同目的的硅换流设备被广泛地使用,在进

行交流

―直流变换过程中,将在交流侧产生大量高次谐波,换流装置是电力系统中主要谐波源。

� 
　　

2 谐波功率的描述

� 

　　电力系统中非线性负载消耗的功率可分为两部分

,一部分为从电网中吸取的基波功率,另

一部分为谐波功率。理论分析表明

,谐波功率是负的,也就是说非线性负载可看作一个谐波源,

它向电网回馈谐波功率

,这部分功率是非线性负载从电网中吸收的基波功率的一部分转化而

来。

�