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谐波存在时的电能计量误差与计量方法分析
一、引言
现代工业和民用电力系统中使用的电能表主要使用感应式和电子式两种原理实现电能计量。然而，负载电流存在谐波分量时，这些表的计量误差会大幅增加。本文将从计量误差来源、计量方法和方案优化等个方面论述谐波存在时的电能计量误差问题。
二、谐波引起的电能计量误差来源
1.感应式电能表
感应式电能表的工作原理是依靠感应电流的涡流磁场作用，通过电动力矩带动转子转动，实现电能计量。当负载电流存在谐波分量时，涡流磁场也将存在谐波成分，在涡流磁场作用下，转子会受到谐波力矩的作用，进而影响电能表转动。此外，当谐波电流幅值大于基波电流时，感应式电能表将出现零漂问题，导致电能计量误差的产生。
2.电子式电能表
电子式电能表利用电子器件的非线性特性实现电能计量。当负载电流存在谐波分量时，电子器件会失去线性，导致转换器输出电压失真，从而导致电能计量误差的产生。此外，谐波电流还将影响电子式电能表的采样精度和计量精度，从而导致计量误差进一步增加。
三、计量方法与方案优化
1.电流采样技术
单次采样法和多次采样法是目前常用的电流采样技术。无论是单次采样法还是多次采样法，都需要采用低通滤波器来滤除谐波分量。采用加权平均法进行计算可有效降低计量误差。
2.谐波电流有效值计算
由于谐波分量的正交特性，可以通过快速福利叶变换、框架变换等谐波分解方法将谐波分量分离出来进行计算。不过，这些方法由于计算量大和实时性差等原因，常用的方法是直接将谐波电流模拟成基波电流进行计量。
3.电能表校准方法与方案
电能表校准方法主要包括数字仿真法、标准表法、负载法等。其中负载法是目前最为常用的校准方法，可根据负载电流幅值和频率等参数进行校准。优化电能表的内部结构和算法可以有效降低计量误差。
四、结论
本文从感应式电能表和电子式电能表两个方面分析了负载电流谐波分量对电能计量误差产生的原因，从电流采样、谐波电流有效值计算和电能表校准方法与方案等方面提出了相应的优化方案。应用这些方案可有效降低电能计量误差，提高电能计量精度。