諧波背景下電能計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)量誤差研究

羅恒華

摘 要：本文通過(guò)對(duì)諧波下電能計(jì)量系統(tǒng)存在的誤差，諧波背景下電能計(jì)量系統(tǒng)存在的誤差，CTV諧波存在的誤差進(jìn)行研究，現(xiàn)進(jìn)行具體的闡述。

關(guān)鍵詞：諧波；電能計(jì)量系統(tǒng)；計(jì)量誤差

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.234

電能方面的計(jì)量裝置，一般適用于計(jì)量供電企業(yè)銷(xiāo)售電能、用戶(hù)所消耗的電能實(shí)際數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，屬供電、用電兩方經(jīng)濟(jì)結(jié)算的主要體現(xiàn)，本文對(duì)諧波背景下，電能計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量方面的誤差進(jìn)行研究，進(jìn)而達(dá)到降低誤差的效果，維護(hù)雙方經(jīng)濟(jì)效益。

1 諧波下電能計(jì)量系統(tǒng)存在的誤差

電能計(jì)量系統(tǒng)存在的計(jì)量誤差，屬全部計(jì)量裝置方面的誤差，主要可分電能表、電壓互感設(shè)備及TA誤差，電能計(jì)量系統(tǒng)誤差應(yīng)從下述幾方面加以合理分析。

（1）電子類(lèi)型的電能表。包括：機(jī)電類(lèi)型的電能表和電子類(lèi)型的電能表。前者主要通過(guò)測(cè)量、電子方面的部件組成，因此類(lèi)電能表波形信號(hào)裝置多通過(guò)脈沖信號(hào)，也可叫感應(yīng)類(lèi)型的脈沖電能表。電子類(lèi)型的電能表，可叫固態(tài)類(lèi)型多功能電能表/精致類(lèi)型電能表，主要通過(guò)大規(guī)模的繼承芯片所組成，通過(guò)電子電路實(shí)現(xiàn)。電子類(lèi)型的電能表同時(shí)又可分為模擬乘法式及數(shù)字型電能表兩種。

1）模擬乘法設(shè)備式電能表。這類(lèi)型的電能表的構(gòu)成部分為：輸入、乘法設(shè)備、電壓、轉(zhuǎn)化器、頻率轉(zhuǎn)換器、輸出部分等。模擬乘法設(shè)備電能表，其工作的基本原理為：將電壓信號(hào)U及電流信號(hào)I輸入，將其轉(zhuǎn)換為乘法器的時(shí)候，可充分的接受信號(hào)，通過(guò)其獲取一段時(shí)間內(nèi)的功率。其二，把平均功勞的信號(hào)轉(zhuǎn)化成頻率脈沖信號(hào)，通過(guò)頻率信號(hào)技術(shù)的方式獲取這一段時(shí)間的具體電量。電子類(lèi)型的電能表的乘法設(shè)備，主要的作用為將輸入的電壓和電流信號(hào)，通過(guò)比例轉(zhuǎn)換成功率設(shè)備。而模擬乘法設(shè)備的種類(lèi)非常多。通過(guò)原理進(jìn)行劃分，主要可分為分割乘法設(shè)備、霍爾乘法設(shè)備。現(xiàn)當(dāng)今，我國(guó)電子類(lèi)型的電能表一般會(huì)應(yīng)用分割乘法設(shè)備。模擬乘法設(shè)備電能表的誤差，一般會(huì)來(lái)源于模擬乘法器。輸入分割乘法設(shè)備的信號(hào)，其具有較高的諧波，這時(shí)應(yīng)結(jié)合分割乘法設(shè)備計(jì)量的基本原理輸入信號(hào)，禁止通過(guò)簡(jiǎn)便的直流信號(hào)。設(shè)置分割乘法設(shè)備的時(shí)候，兩端的輸入量應(yīng)控制為h次的同頻率的諧波，，式中，Ah和Bh屬于電壓信號(hào)、電流信號(hào)，實(shí)行h次諧波的最后值。ωh屬于h次諧波角的頻率。而屬于h次諧波電流和電壓的相位差。設(shè)調(diào)制頻率F，這時(shí)ni=F/fi，基波為60min內(nèi)實(shí)行分割周期，其實(shí)際分割的量，fi為工頻，每份的弧度應(yīng)控制為2π/ni，h次諧波，7天左右實(shí)際分割的分?jǐn)?shù)：nh=ni/h.h次諧波后，uUh和iIh分割n份后，可記錄公式如下：

（1）

（2）

h次諧波功率理論值：

（3）

Ph和理論方面的計(jì)算值Ph間差：

（4）

（5）

h次諧波方面的計(jì)量誤差： eph=（Kh-1）×100% （6）

基波疊加多次諧波的過(guò)程，計(jì)量方面的誤差的表達(dá)形式為：

（7）

2）數(shù)字類(lèi)型電能表。數(shù)字類(lèi)型的電能表的誤差，一般多來(lái)源于數(shù)字乘法設(shè)備，其通過(guò)采樣的方式保持、模擬的方式保持或數(shù)字轉(zhuǎn)換組成。所以，對(duì)上述工作原理及諧波條件引入誤差，進(jìn)而獲得數(shù)字型電能表計(jì)量的誤差。

（2）CVT諧波測(cè)量的誤差。諧波情況下，能夠有效的補(bǔ)償電抗設(shè)備、中間變壓設(shè)備、阻尼設(shè)備等，其均有可能于飽和的范圍內(nèi)，所以應(yīng)充分的考慮到其特征和性能，如非線性。我國(guó)110kV和發(fā)電廠升壓站、變電站母線和出現(xiàn)等均通過(guò)CVT。然而，相關(guān)的研究顯示CVT不能應(yīng)用到諧波的測(cè)量中。國(guó)際電工IEC的標(biāo)準(zhǔn)中，具有明確的標(biāo)準(zhǔn)，CVT進(jìn)行測(cè)量繞組需確保在既定頻率的基礎(chǔ)上98%～100%左右，滿足精度方面的標(biāo)準(zhǔn)。保護(hù)繞組與既定的頻率95%～101%左右，達(dá)成精度方面的要求。CTV于基波電壓的基礎(chǔ)上、系統(tǒng)保護(hù)、自動(dòng)裝置基波信號(hào)變換的情況下，能夠達(dá)成系統(tǒng)方面的要求。然而，測(cè)電壓頻率出現(xiàn)一定變化的時(shí)候，存在諧波的時(shí)候，CVT通過(guò)電容分壓設(shè)備等值電容、補(bǔ)償電抗設(shè)備電感方面所構(gòu)成，這時(shí)LC串聯(lián)諧振的回路就會(huì)出現(xiàn)偏離的現(xiàn)象，致使其測(cè)量存在較大的誤差。所以，諧波系統(tǒng)CVT不能夠有效的反應(yīng)真實(shí)的狀況。實(shí)行諧波測(cè)量的過(guò)程，以CVT變換裝置獲得二次測(cè)信號(hào)，所以存在一定誤差。

2 諧波背景下電能計(jì)量系統(tǒng)存在的誤差

高電壓等級(jí)電壓、電流應(yīng)通過(guò)互感設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后將其輸入到電能表，通過(guò)電能表計(jì)算功率的數(shù)值。由此可見(jiàn)，電能計(jì)量方面的系統(tǒng)的計(jì)量存在一定誤差。單次諧波的情況，電能表自身一般不容易產(chǎn)生相位偏移的情況，然而在CVT及TA的情況，應(yīng)分別通過(guò)電壓和電流的方式，就會(huì)產(chǎn)生相位偏移的情況，在一定程度會(huì)提升電能表的輸出功率值和系統(tǒng)的輸入功率間的誤差。反復(fù)諧波情況，電能計(jì)量的系統(tǒng)計(jì)量方面的誤差，會(huì)顯得更加困難。

3 CTV諧波存在的誤差

仿真參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，電壓源的有效值為1～1.5kV，相位為0°。幅值的誤差的仿真結(jié)果和相角的誤差的仿真結(jié)果均存在一定差異。CVT基波電壓進(jìn)行測(cè)量，準(zhǔn)確度非常高，然而諧波電壓進(jìn)行測(cè)量的幅度值的誤差應(yīng)在96%左右。諧波的情況，CVT會(huì)存在較大的相位偏差。由此可見(jiàn)，CVT不適宜在諧波的條件下進(jìn)行測(cè)量。（1）TA諧波的誤差仿真分析。仿真獲得次諧波的情況，功率因數(shù)顯示為1，負(fù)載率達(dá)到98%以上，TA仿真的時(shí)候，需將電流源合理的進(jìn)行設(shè)置，為1kA即可，相位保持為0°。綜上所述，諧波前提下，計(jì)量的精度較高，因?yàn)門(mén)A計(jì)量的精度非常高，所以其在TA測(cè)量的誤差與很小的范圍，TA適合于在諧波條件下進(jìn)行測(cè)量；（2）電能方面的劑量系統(tǒng)存在的劑量誤差。高壓電能的計(jì)量系統(tǒng)，一般多應(yīng)用于110kV系統(tǒng)，通過(guò)在不同條件下，電能計(jì)量的誤差也存在很大差異。

4 總結(jié)

綜上所述，諧波情況下，針對(duì)電子型電能表的計(jì)量方面的誤差，實(shí)行量化分析，同時(shí)對(duì)CVT～電磁型TA進(jìn)行誤差的仿真分析。與此同時(shí)，搭建了電能計(jì)量系統(tǒng)仿真的模型，研究計(jì)量方面的存在的誤差，以達(dá)到降低計(jì)量誤差的效果。

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