广西电力 ２００６年第２期
电网谐波对电能计量的影响
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｉｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍｅｔｅｒｉｎｇ
刘南平
ＬＩＵ Ｎａｎ—ｐｉｎｇ
（广西电力试验研究院有限公司，广西南宁５３００２３）
摘要：对比分析了全电子式与电磁感应式电能表在谐波情况下的计量差异；指出使用电磁式电能表是造成电网电量损失 的主要原因；提出了针对谐波源用户的计量方法。 关键词：电能计量；电量损失；电网谐波 中图分类号：ＴＭ９３０．１１４文献标识码：Ｂ文章编号：１６７１—８３８０（２００６）０１—００７２—０２
１ 引言
近年来，各行业以及家用电器、电铁牵引中许多 非线性负荷日渐增多，特别是一些大功率整流设备
和电弧炉的大量应用，导致电网中产生大量的高次 谐波电流，进而引起电压波形发生较大的畸变。电
能计量数据是发电企业、供电企业、电力用户之间进
行贸易结算的依据，它的准确与否直接影响到三者 的利益以及交易的合理性，因此研究电网谐波对电 能计量的影响是很有必要的。
２什么是谐波功率
由于谐波源用户的影响，电网电压和电流会由
于受影响的程度不同产生程度不同的谐波电压和电 流，同时产生相应的谐波功率，其平均有功功率芦
可由式（１）计算出：
∞ ： ×Ｉｎ×ＣＯＳ（ ） （１）
式中 ——谐波电压； Ｌ——谐波电流；
ＣＯＳ（‰）——谐波功率因数；
——谐波次数。 基波有功功率Ｐｌ可由式（２）计算出：
Ｐｌ＝ＵＩ Ｘ １１ Ｘ ＣＯｓ（ １） （２）
式中己厂 ——基波电压； ，１——基波电流。
谐波有功功率 由式（３）计算出：
Ｐ ＝ Ｘ Ｘ ＣＯＳ（‰） （３）
谐波功率根据用户的性质不同对电网来说是有
收稿日期：２００５ ０７ ０７：修订日期：２００５—１０—１ｏ 正负区别的，当用户产生谐波时，它对电网来说表现 为负值，也就是输入到电网中去，而对于一般正常用
户来说其表现为正值，表示用户吸收这部分谐波
功率。 谐波功率对于任何电气设备都是有害的，它不
会产生任何效益只会危及设备的安全和使用寿命。
３电能表的工作原理
在电能计量方面，目前普遍采用电磁感应式电
能表和全电子式电能表。
３．１ 电磁感应式电能表的工作方式和误差特性
电磁感应式电能表（包括机电一体电磁感应式
电能表）是通过电磁感应组件来驱动机械记数装置，
把电能量记录下来。它产生误差的原因很多，与电 力高次谐波相关的体现为两个方面。
①电磁感应式电能表的设计是按基波考虑的。 在负载上当基波电压电流不变而又含有谐波时，电
能表电压线圈阻抗和转盘阻抗都会变化，导致电压 工作磁通和对应的电流磁通变化，从而影响电能表
的计量精度。
②当存在谐波电压与电流时，由谐波和基波叠 加而成的电压电流波形发生畸变，但由于对应铁心 导磁率的非线性，磁通并不能相应地成线性变化。
根据电路原理，只有同频率的电压和电流相互作用
才产生平均功率；根据电磁感应式电能表工作原理， 只有同频率的电压和电流产生的磁通相互作用才能
产生转矩，畸变的波形通过电磁组件以后，由于磁通
不与电流波形对应变化，导致转矩不能与平均功率
成正比而产生附加误差。
维普资讯 http://www.cqvip.com ２００６年第２期 广西电力
有资料指出电磁感应式电能表最高只能计量５ 次谐波功率；虽然谐波功率对用户来说是无用和有
害的，但它也是发电单位用成本发出，供电企业用成 本供给，只不过被谐波源用户把它变成了有害的谐 波功率，因此无论如何在电能计量时应计及这部分
电能。根据兰州供电局和中国电力科学研究院 ２００２年共同完成的“兰州电网谐波对电能计量影 响”科技成果来看，他们得出结论指出“目前使用的
感应式电能表少计量电能约在０．３％～１．０％左右，
按平均估计值０．５％计算，初步估算全国每年将少 计量电量１．２５ １ｗ・ｈ，相当于人民币３．７５亿元。”
３．２全电子式电能表的有功计量方法殛误差特性
全电子式电能表计量有功就是用Ａ／Ｄ采样数 值计算的方法。 设交流电源电压、电流的瞬时值分别表达为 “（ｔ），ｉ（ｔ），则瞬时功率Ｐ（ｔ）和１个周期内平均功 率 下分别为：
Ｐ（ｔ）＝“（ｔ）・ｉ（ｔ） （４） １广Ｔ １广Ｔ ＰＴ＝ １ ｌ Ｐ（ｔ）ｄｔ＝寺ｌ“（ｔ）・ｉ（ｔ）ｄｔ（５） 』一０ 上一０ 将ｔ 时刻的电压电流瞬时值“（ｔ＾），ｉ（ｔ ），代入
式（４）得到ｔ 时刻的功率瞬时值：
Ｐ（ｋ）＝“（ｋ）・ｉ（ｋ） （６） 将一个周期丁等分为 份，根据积分的数值计 算方法，可将式（５）变为： Ｐ—Ｔ＝［“（ｔ１）ｉ（ｔ１）＋…＋“（ｔ ）ｉ（ｔ ）＋…＋
“（ ） （ｔｍ） １＝ －＇２
一。“（ｔｋ） （ｔｋ） （７）
令Ａｔ＝ｔｋ—ｔｋ—ｌ，则一个周期内的电能量ｗ为：
Ｗ＝［∑“（ｔ ）ｉ（ｔ ）Ａｔ］ （８）
当△ 一０时，式（８）则变为： Ｗ＝［１“（ｔ）ｉ（ｔ）ｄｔ （９） 一０ 全电子式的电能表就是根据（９）式的原理来生
产的，由此可见，全电子式电能表它可较为准确地计 量出包含有各次谐波功率的电能。
４结论
①电磁感应式电能表是按基波考虑设计的，由 于其铁心导磁率的非线性等原因，使得电磁感应式
电能表计量时，一般情况下它不能汁量５次以上的 谐波功率，因此用它来计量电能将产生误差，从而造
成较大的经济损失。 ②全电子式电能表则可较为准确地计量出包含 有各次谐波功率的电能，用它来计量将使电网的电
量损失减少，因此，目前广泛推广使用全电子式电能
表。 ③对于谐波源用户，电网谐波就是由于它们的 存在而产生，虽然全电子式电能表在计量时包含了 各次谐波的能量，但是由于谐波功率是流向电网的，
因此在计量这类用户的耗电时，如果是用全电子式 电能表计量，它所计量的能量是基波能量减去谐波
能量，并没有计量到流向电网的谐波功率。目前国 内有些专家提出，对谐波源用户除安装全电子式电
能表外还要加装一个谐波电能计量表，用来计量用 户所发出的谐波电能，然后根据其大小来进行罚款， 以惩罚其对电网的污染。
参考文献 ［１］ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｅｃ．ｏｒｇ．ｃｎ／ｎｅｗｓ／ｃｏｎｔｅｎｔ．ａｓｐ．兰州电网 谐波对电能计量影响科技项目通过鉴定．中国能源信 息网．２００２—１１—０７． ［２］唐福顺，禹仲明．基于电力谐波的电能计量分析［Ｊ］．湖 南电力，２００２，２２（５）：１３—１５＋
（上接第６５页） 细地测量炉膛燃烧温度，对锅炉进行优化燃烧调整
试验，尽可能降低炉膛燃烧温度。
３．２长期对策
①针对锅炉主汽温、再热汽温偏低和结焦问题， 对现有燃烧煤种重新进行热力计算校核，以确定受
热面是否偏低和进行燃烧器改造。
②通过合适的配煤技术，使配煤的燃烧性能、结 焦性能与原设计燃用煤种基本一致，尽量降低其结
焦性和粘结性指标，燃煤灰熔点控制在ＳＴ＜ｌ ３５０ ℃。采用燃烧器组中一层或两层燃烧器来燃烧有利 于抑制结渣的煤种，具体的分层燃烧比例可通过锅 炉运行优化系统进行在线优化而获得。
４结论
锅炉的结焦与煤质、锅炉结构及锅炉燃烧调整 等因素有密切关系，通过具体分析锅炉结焦原因并 采取有效对策，可以抑制锅炉结焦，改善锅炉运行工
况，提高锅炉效率。
参考文献 ［１］ＺＥＬＫＯＷＳＫＩ Ｊ．煤的燃烧理论与技术［Ｍ］．袁钧卢，张 佩芳译．上海：华东化工学院出版社，１９９０． ［２］冯俊凯，沈幼庭．锅炉原理及计算［Ｍ］＋（第二版）北 京：科学出版社，２００１．
维普资讯 http://www.cqvip.com