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摘要：谐波是电力系统运行中不可避免的一种现象，其不仅对系统的危害较大，而且还会影响电能计量的准确性。由于谐波无法彻底消除，所以只能够通过采取有效的方法对电能计量进行改进，从而在确保电力用户利益不受损害的同时，进一步提高供电企业的经济效益。
关键词：谐波；电子式电能表；计量
1电力系统的谐波问题
1.1谐波的定义
由于交流电网有效分量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波。由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波。主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。
1.2谐波的产生和主要谐波源
1.2.1发电源质量不高产生谐波
发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因。
1.2.2输配电系统产生谐波
输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大。
1.2.3用电设备产生的谐波
晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置等许多方面得到了广泛的应用，给电网造成大量谐波。晶闸管整流装置从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；如果是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。
1.3谐波的危害
谐波对电力系统是有害的，其主要危害包括：（1）增加输、供和用电设备的额外附加损耗。（2）影响继电保护和自动装置的动作和可靠性。（3）干扰通信系统工作。（4）影响测量表计的准确计量，其实谐波的危害不仅表现在工程上，而且表现在经济上，比如增加电力固定成本；谐波会造成电能计量装置的误差，影响电力公司收入与其他公司的成本。
2谐波对电子式电能表的影响
2.1电子式电能表的结构及工作原理
电子式电能表是一种新型的测量仪表，它以单片计为核心，应用了模数转换技术和脉冲数字技术。由于其结构简单，调整方便，计量准确度高等优点，被广泛应用。目前研制并投入使用的电子式电能表主要是时分割乘法器式的电子电能表，时分割乘法器是用集成运算放大器按时分割原理做成的模拟乘法器，用于计量电网电压和电流的乘积，然后再通过V/F转换器将乘积（电压值）转化为频率（即脉冲），并计数显示。
电网中的电压值和电流值要经过电压互感器和电流互感器才能送到时分割乘法器中相乘。输入乘法器的电流信号被转化成相应的电压信号，与输入的电压信号相乘。乘法器输出的是与功率成正比的电压量，将电压量送入V—F型A/D转换器中，则电压信号被转化为频率信号，最后送到计数电路和显示电路，实现数字化的功率测量。
2.2电子式电能表频率特性及误差分析
感应式电能表随着高次谐波的增加，频响特性曲线衰减很严重，而电子式电能表的频响特性曲线则相对平坦，可近似认为没有衰减，这表明电子式电能表具有较宽的频率响应。当电网中的电压和电流信号只有一个信号发生畸变，而另一个信号仍为正弦波时，根据正弦函数的正交性可得，电子式电能表在这种情况下，其误差变化很小，可认为近似不变。当电网电压和电流都发生畸变时，由于电子式电能表频带较宽，仍可以准确的计量谐波功率，也就是说，电子式电能表对谐波功率的响应是和对基波功率的响应相同的。电子式电能表把基波功率和所有的谐波功率一同计量，所以它在谐波存在下的计量误差比感应式电能表的误差大，在电网中，无论谐波流向如何，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。全电子式电能表将负载（谐波源）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，这是全电子式电能表计量谐波源客户的不足之处。故对大功率变流设备、电弧炉等产生高次谐波的电力负载用户，为了只记录负荷消耗的基波有功电能，采用电磁感应式电能表比用同准确级别的全电子式电能表更合理。
3提高测量精度的策略研究
电网中谐波的产生主要是大量非线性负载的使用，非线性用户作为谐波源向电网注入谐波，对电力系统和线性用户构成危害，同时也影响了电能计量的精度。为了提高电能计量的精度，可采用以下两个方案：
3.1使电能表只准确反映基波功率，而完全不反映谐波功率
我们可以采用高阶低通滤波器滤除掉进入电能表的高次谐波，使电能表仅反映基波电能。对感应式电能表，可以利用如单频调谐滤波、高通滤波和双频滤波等交流滤波线路进行滤波；对电子式电能表，可以加装一些集成的低通滤波器。采用本方案，计费只按基波电量计费。对电力部门和线性负载用户来说，虽然受了谐波的影响，但在付费上却避免了因谐波功率而引起的额外损失；对非线性用户来说，虽然全部承担了基波电能的费用，但还远不能补偿电力系统因其产生的谐波而受到的损失。此方案在电能计量上合理，也较容易实施。
3.2分别计量基波和谐波功率，并区分功率潮流的方向
我们可以用宽频带功率电能表和工频基波电能表配合使用，这样不仅可测量出基波功率值，而且还可测量出谐波潮流的大小和方向。本方案，不仅可以准确的计量基波电能和谐波电能，而且由于测出了谐波潮流的方向，可以对非线性负载的用户按其所产生的谐波功率在经济上给与额外的惩罚（需细化的可操作的相关法律法规支持），以补偿电力部门和线性用户的损失。此方案计费合理，还使得非线性用户在经济上承担了对谐波这一公害的责任，但实施较困难，成本较高。
综合以上两方案，对一般用户，由于其反送或接受的谐波功率的量较少，可以采取方案一，以降低成本。对于一些大、中型非线性用户在要求客户进行谐波治理未果时，在取得一定操作性强的政策后，可以采取方案二，用惩罚性措施来保证电网的可靠运行及电力部门的利益。
结束语
本文简要叙述了谐波的产生及谐波对电能计量的影响，总的来说是由于电网中的非线性负载吸收了基波功率而向电网注入了谐波功率，谐波不仅对输电线路和用电设备有危害，而且还增大了电能计量的误差。谐波功率的大小决定了计量误差的大小，谐波功率越大，对电能表产生的误差越大。谐波功率的流向决定了电能表误差的正负。谐波功率与基波功率同向或反向时，造成误差最大。所以，为了克服谐波对电能计量的影响，应尽可能采取限制谐波的措施且采用合理的方法和对策减小电能计量误差。
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