前言

當前電網中新能源與新型負載的不斷接入，對電網電流帶來了較大影響，這已不僅僅是傳統的非線性負載帶來的穩態諧波畸變了，更多體現在電流的高動態變化，波形包絡更加復雜，同時還伴有大量的沖擊。諸如風能、太陽能等不穩定型能源給電網帶來動態變化，而電鐵運行則帶來更多沖擊。而從信號特征角度而言，在實際負載數據采集過程中，常見負載可分為穩態諧波型負載、動態負載和沖擊負載。由于針對穩態諧波型負載已展開了大量的科學研究，其產生的原理及其定義已沒有爭議。而動態負載產生的原理較復雜，從信號角度來看，是在諧波基礎上調制諧波源信號（包括調頻和調幅），使信號不再具有穩態諧波型負載特性，而呈現出具有指數衰減特性的諧波包絡；從功率角度來看，是在平穩諧波負載功率的基礎上，由于包絡的存在，功率呈現動態變化，但不會具有沖擊負載的強烈功率沖擊，是一個緩慢的動態變化過程。而沖擊負載有別于前面兩種特殊負載，從定義上來說是一種對電力系統具有嚴重的“功率沖擊性”的負載，主要包括硅鐵廠設備、電解鋁設備、電弧爐和軋鋼機等高耗能負載。這類負載具有的一個重要特點就是“主動性”，即沖擊負載由于自身的生產特性決定了其從系統吸收功率；“沖擊”具有不穩定性和隨機性。同時，這類負載還具有三相平衡、諧波、間歇波、電壓與電流劇變等復雜特性，直接影響著電能計量的準確性，使得采用基于正弦電路功率理論或傳統非正弦電路功率理論而設計的電能計量儀表，均不能真實反映其從電力系統吸收的電能。例如，基于正弦電路功率理論的電能計量儀表，理論上就不能計量沖擊負載中的諧波、間諧波的有功和無功電能，因而總有功電能和總無功電能的計量會出現很大誤差；基于傳統非正弦電路功率理論的電能計量儀表，理論上雖然可以計量諧波的有功電能和同次諧波無功電能，但是仍然不能計量間諧波的有功電能和無功電能，不能計量不同頻率的電壓和電流之間的無功電能，總有功電能和總無功電能的計量也會出現較大誤差。

另外，電力系統在運行時，電網需要提供兩部分電能：用于單向轉換成其他能量的有功電能和用于電磁能交換的無功電能。無功功率對供電系統和負載的正常運行十分重要，但是無功功率在電網中流動引起電壓和功率損耗。因此，電力用戶從電網吸收的無功電能以及電網傳送的無功電能的大小都必須要進行考核，即無功電能計量已成為必然。有功功率反映的是電網消耗能量的情況，無功功率則反映的是電網內部和外部往返交換能量的情況。

現有的有功功率計量準確度已經達到較高的水平，準確度等級可達到0.05級以上，但無功功率的計量在過去相當長時間內不如有功電能計量受到重視，與有功功率測量相比，無功功率的測量水平仍然偏低，準確度等級低于2.0級，研究無功功率測量對電網的安全經濟運行有很重要的意義：

1）解決現代電力系統中與無功功率相關的一系列新的技術問題。

2）促進節能。無功功率在電網中不斷循環，造成很大的浪費。如果無功功率問題處理得好，不僅節約電能，還可以減少系統變壓器和輸變電設備容量。

3）通過研究無功功率測量，掌握無功功率的經濟規律。通過統計、理論分析和各項技術措施來達到經濟運行的目的。

4）保證電能質量，促使電力系統安全運行。

隨著非線性負載的廣泛使用和電網中電壓、電流波形畸變程度的日益嚴重，諧波狀態下的電能計量成為備受關注的問題，電能計量的準確與否，不僅關系到電力投資者、經營者的經濟利益，同時也關系到每一個使用者的利益，無功功率計量的準確與否直接影響到電壓水平、功率因數和電能計量數據的準確性。

無功功率和電壓的控制、沖擊負荷檢測對提高系統安全經濟運行有著重要意義，而有效的無功功率和電壓控制、準確的諧波計量、沖擊負載檢測取決于無功功率和非線性負載的準確測量，所以說無功功率和非線性負載測量的研究顯得尤為重要。

本書在國家重點計劃項目“復雜用電工況下的電量在線計量技術研究”（2016YFF0201202）的研究成果基礎上，重點研究和分析無功功率/無功電能、諧波計量的高精度計量技術，開發計量標準裝置，為建立和推廣無功計量、非線性負載計量及體系做技術準備。

編者