前言

当前电网中新能源与新型负载的不断接入，对电网电流带来了较大影响，这已不仅仅是传统的非线性负载带来的稳态谐波畸变了，更多体现在电流的高动态变化，波形包络更加复杂，同时还伴有大量的冲击。诸如风能、太阳能等不稳定型能源给电网带来动态变化，而电铁运行则带来更多冲击。而从信号特征角度而言，在实际负载数据采集过程中，常见负载可分为稳态谐波型负载、动态负载和冲击负载。由于针对稳态谐波型负载已展开了大量的科学研究，其产生的原理及其定义已没有争议。而动态负载产生的原理较复杂，从信号角度来看，是在谐波基础上调制谐波源信号（包括调频和调幅），使信号不再具有稳态谐波型负载特性，而呈现出具有指数衰减特性的谐波包络；从功率角度来看，是在平稳谐波负载功率的基础上，由于包络的存在，功率呈现动态变化，但不会具有冲击负载的强烈功率冲击，是一个缓慢的动态变化过程。而冲击负载有别于前面两种特殊负载，从定义上来说是一种对电力系统具有严重的“功率冲击性”的负载，主要包括硅铁厂设备、电解铝设备、电弧炉和轧钢机等高耗能负载。这类负载具有的一个重要特点就是“主动性”，即冲击负载由于自身的生产特性决定了其从系统吸收功率；“冲击”具有不稳定性和随机性。同时，这类负载还具有三相平衡、谐波、间歇波、电压与电流剧变等复杂特性，直接影响着电能计量的准确性，使得采用基于正弦电路功率理论或传统非正弦电路功率理论而设计的电能计量仪表，均不能真实反映其从电力系统吸收的电能。例如，基于正弦电路功率理论的电能计量仪表，理论上就不能计量冲击负载中的谐波、间谐波的有功和无功电能，因而总有功电能和总无功电能的计量会出现很大误差；基于传统非正弦电路功率理论的电能计量仪表，理论上虽然可以计量谐波的有功电能和同次谐波无功电能，但是仍然不能计量间谐波的有功电能和无功电能，不能计量不同频率的电压和电流之间的无功电能，总有功电能和总无功电能的计量也会出现较大误差。

另外，电力系统在运行时，电网需要提供两部分电能：用于单向转换成其他能量的有功电能和用于电磁能交换的无功电能。无功功率对供电系统和负载的正常运行十分重要，但是无功功率在电网中流动引起电压和功率损耗。因此，电力用户从电网吸收的无功电能以及电网传送的无功电能的大小都必须要进行考核，即无功电能计量已成为必然。有功功率反映的是电网消耗能量的情况，无功功率则反映的是电网内部和外部往返交换能量的情况。

现有的有功功率计量准确度已经达到较高的水平，准确度等级可达到0.05级以上，但无功功率的计量在过去相当长时间内不如有功电能计量受到重视，与有功功率测量相比，无功功率的测量水平仍然偏低，准确度等级低于2.0级，研究无功功率测量对电网的安全经济运行有很重要的意义：

1）解决现代电力系统中与无功功率相关的一系列新的技术问题。

2）促进节能。无功功率在电网中不断循环，造成很大的浪费。如果无功功率问题处理得好，不仅节约电能，还可以减少系统变压器和输变电设备容量。

3）通过研究无功功率测量，掌握无功功率的经济规律。通过统计、理论分析和各项技术措施来达到经济运行的目的。

4）保证电能质量，促使电力系统安全运行。

随着非线性负载的广泛使用和电网中电压、电流波形畸变程度的日益严重，谐波状态下的电能计量成为备受关注的问题，电能计量的准确与否，不仅关系到电力投资者、经营者的经济利益，同时也关系到每一个使用者的利益，无功功率计量的准确与否直接影响到电压水平、功率因数和电能计量数据的准确性。

无功功率和电压的控制、冲击负荷检测对提高系统安全经济运行有着重要意义，而有效的无功功率和电压控制、准确的谐波计量、冲击负载检测取决于无功功率和非线性负载的准确测量，所以说无功功率和非线性负载测量的研究显得尤为重要。

本书在国家重点计划项目“复杂用电工况下的电量在线计量技术研究”（2016YFF0201202）的研究成果基础上，重点研究和分析无功功率/无功电能、谐波计量的高精度计量技术，开发计量标准装置，为建立和推广无功计量、非线性负载计量及体系做技术准备。

编者