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谐波电能计量原理及其应用分析 　　 [摘 要] 本文首先介绍谐波对电能计量影响，分析谐波电能计量表的原理，最后分析谐波电能计量的实际应用。 　　[关键词] 谐波 电能计量 电能表 线性负荷 　　 　　1.谐波对电能计量影响的分析 　　1.1对感应式电能表的计量影响 　　感应式电能表是靠电磁感应来产生转动力矩的，电能表工作时，电压线圈的电流所产生的磁通分为两部分，一部分是穿过铝盘并由回磁板构成回路的工作磁通，另一部分是不穿过铝盘而由左右铁轭构成回路的非工作磁通。而电流线圈所产生的磁通，两次穿过铝盘，并通过电流组件铁芯构成回路。由于电压线圈和电流线圈产生的交变磁通，在不同位置穿过铝盘，并在铝盘的不同位置感应出电流(涡流)，此涡流与磁场相互作用便产生推动铝盘转动的力矩，铝盘转动与负载有功功率成正比。电磁感应式电能表的设计只按基波考虑，由谐波和基波叠加而成的电压、电流波形发生畸变，从而导致感应式电能表的误差频率特性曲线呈迅速下降趋势，因此在电能计量中，不管是以全能量为计量标准还是以基波能量为计量标准，当谐波含量较大时对感应式电能表的电能计量将会产生较大的影响。 　　1.2对电子式电能表的计量影响 　　和感应式电能表相比，电子式电能表的计量误差受频率变化影响相对较小，而以基波能量为计量标准时，电子式电能表的计量误差比感应式电能表的计量误差还要大，这是由于它的制造原理决定的，关键在于它的采样方式:A/D采样→乘法器→中央处理器→显示与输出，它是以正弦50 Hz在不超过国标的情况实施采样和计算的。依据JJG 596―1999《电子式电能表检定规程》，电子式电能表电流、电压正弦波形失真度要求(见表1)，当有多次谐波超过表1限度介入时，将导致波形失真，因此乘法器计算时就产生了误差。（见表1） 　　 2.电能计量新技术 　　全电子式电能表计量原理上的不足 　　不同的计量标准下对电能表计量误差的评价也不相同。通过对非线性负荷的理论分析表明，作为谐波源，非线性负荷所产生的谐波是吸收基波的一部分转化而来，从而说明传统的计量方式具有不合理性，需要一种新的电能计量技术解决基波与谐波同步计量的问题。根据感应式电能表的计量原理，对基波电能的计量采用感应式电能表，而对于谐波对电子式电能表作用，对谐波电能的计量采用电子式电能表。这样对同一计量点，在谐波超过GB/T14549―1993《电能质量公用电网谐波》(或国际电工委员会发布的IEC61000-3-6标准)限制标准规定时，采用0.5级的全电子式电能表和电磁感应式电能表同时计量。以下是一组经过实践获取的针对基波与谐波负荷计量的数据。 　　广东地区有部分中小型炼钢企业或电镀厂，在为地区经济发展起到了积极作用的同时也给电网安全和线性用户的用电质量带来了威胁，对其中具有代表性的一个企业安装了上述2种电能表进行计量，该用户为10 kV供电，总计用电容量1 615 kVA，有8台100～315 kVA变压器，实际负荷率在40%左右，主要负荷为5台小型中频电弧炉，电流互感器变比200/5。在单一表计量的情况下年用电量约为6×106kW?h。（见表2） 　　 对线性负荷而言，基波功率方向与谐波功率方向相同，因此感应式电能表所计量的电能大于基波电能，但小于基波与各次谐波电能之和;对非线性负荷而言，基波功率方向与谐波功率方向相反，因此感应式电能表所计量的电能大于基波与各次谐波电能之和，但小于基波电能。 　　对线性用户，电子式电能表计量的电能等于基波与各次谐波电能之和，但大于基波电能;对非线性用户，它计量的电能等于基波与各次谐波电能之差，但小于基波电能。 　　由表2可见，在电网中，当谐波从负载流向电网时，实际上是负载将电网中的基波经过滤波和整流后，形成的谐波电流反送回电网，这是一种电能污染。普通电子式电能表将谐波源负载消耗的基波有功电能和谐波源负载向电网返送的谐波有功电能(被污染的电能)进行了代数相加，使得记录的能量比负载消耗的基波有功电能量还要小，这是普通电子式电能表计量原理上的不足之处。正是利用这原理，采用上述两块表的计量方法，通过计算可以简易得出谐波电量值。由此可以设计一种一体式多功能电能表，既能计量基波电能同时又能计量谐波电能的谐波电能表，但由于谐波计量尚没有国家标准和收费标准，因此，谐波表所计量的谐波电量只作为参考，不能累加到总结算电量中去。 　　2.2谐波电能计量表的原理 　　目前，电子式电能表有功电能的计量方法主要是采用数字乘法器的原理实现。无功电能计量采用基波移相90°的方法实现。 　　数字乘法器计量方法通过数学推导，可以用下面的数学公式表示: 　　 （1） 　　式中:P为有功功率，P1为基波功率，Pn为n次谐波功率。 　　如果采用这种电能方式计量，对于谐波源用户在吸收系统