諧波背景下電能計量系統的計量誤差研究

羅恒華

摘 要：本文通過對諧波下電能計量系統存在的誤差，諧波背景下電能計量系統存在的誤差，CTV諧波存在的誤差進行研究，現進行具體的闡述。

關鍵詞：諧波；電能計量系統；計量誤差

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

電能方面的計量裝置，一般適用于計量供電企業銷售電能、用戶所消耗的電能實際數量進行統計，屬供電、用電兩方經濟結算的主要體現，本文對諧波背景下，電能計量系統計量方面的誤差進行研究，進而達到降低誤差的效果，維護雙方經濟效益。

1 諧波下電能計量系統存在的誤差

電能計量系統存在的計量誤差，屬全部計量裝置方面的誤差，主要可分電能表、電壓互感設備及TA誤差，電能計量系統誤差應從下述幾方面加以合理分析。

（1）電子類型的電能表。包括：機電類型的電能表和電子類型的電能表。前者主要通過測量、電子方面的部件組成，因此類電能表波形信號裝置多通過脈沖信號，也可叫感應類型的脈沖電能表。電子類型的電能表，可叫固態類型多功能電能表/精致類型電能表，主要通過大規模的繼承芯片所組成，通過電子電路實現。電子類型的電能表同時又可分為模擬乘法式及數字型電能表兩種。

1）模擬乘法設備式電能表。這類型的電能表的構成部分為：輸入、乘法設備、電壓、轉化器、頻率轉換器、輸出部分等。模擬乘法設備電能表，其工作的基本原理為：將電壓信號U及電流信號I輸入，將其轉換為乘法器的時候，可充分的接受信號，通過其獲取一段時間內的功率。其二，把平均功勞的信號轉化成頻率脈沖信號，通過頻率信號技術的方式獲取這一段時間的具體電量。電子類型的電能表的乘法設備，主要的作用為將輸入的電壓和電流信號，通過比例轉換成功率設備。而模擬乘法設備的種類非常多。通過原理進行劃分，主要可分為分割乘法設備、霍爾乘法設備。現當今，我國電子類型的電能表一般會應用分割乘法設備。模擬乘法設備電能表的誤差，一般會來源于模擬乘法器。輸入分割乘法設備的信號，其具有較高的諧波，這時應結合分割乘法設備計量的基本原理輸入信號，禁止通過簡便的直流信號。設置分割乘法設備的時候，兩端的輸入量應控制為h次的同頻率的諧波，，式中，Ah和Bh屬于電壓信號、電流信號，實行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。設調制頻率F，這時ni=F/fi，基波為60min內實行分割周期，其實際分割的量，fi為工頻，每份的弧度應控制為2π/ni，h次諧波，7天左右實際分割的分數：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和理論方面的計算值Ph間差：

（4）

（5）

h次諧波方面的計量誤差： eph=（Kh-1）×100% （6）

基波疊加多次諧波的過程，計量方面的誤差的表達形式為：

（7）

2）數字類型電能表。數字類型的電能表的誤差，一般多來源于數字乘法設備，其通過采樣的方式保持、模擬的方式保持或數字轉換組成。所以，對上述工作原理及諧波條件引入誤差，進而獲得數字型電能表計量的誤差。

（2）CVT諧波測量的誤差。諧波情況下，能夠有效的補償電抗設備、中間變壓設備、阻尼設備等，其均有可能于飽和的范圍內，所以應充分的考慮到其特征和性能，如非線性。我國110kV和發電廠升壓站、變電站母線和出現等均通過CVT。然而，相關的研究顯示CVT不能應用到諧波的測量中。國際電工IEC的標準中，具有明確的標準，CVT進行測量繞組需確保在既定頻率的基礎上98%～100%左右，滿足精度方面的標準。保護繞組與既定的頻率95%～101%左右，達成精度方面的要求。CTV于基波電壓的基礎上、系統保護、自動裝置基波信號變換的情況下，能夠達成系統方面的要求。然而，測電壓頻率出現一定變化的時候，存在諧波的時候，CVT通過電容分壓設備等值電容、補償電抗設備電感方面所構成，這時LC串聯諧振的回路就會出現偏離的現象，致使其測量存在較大的誤差。所以，諧波系統CVT不能夠有效的反應真實的狀況。實行諧波測量的過程，以CVT變換裝置獲得二次測信號，所以存在一定誤差。

2 諧波背景下電能計量系統存在的誤差

高電壓等級電壓、電流應通過互感設備進行轉換，然后將其輸入到電能表，通過電能表計算功率的數值。由此可見，電能計量方面的系統的計量存在一定誤差。單次諧波的情況，電能表自身一般不容易產生相位偏移的情況，然而在CVT及TA的情況，應分別通過電壓和電流的方式，就會產生相位偏移的情況，在一定程度會提升電能表的輸出功率值和系統的輸入功率間的誤差。反復諧波情況，電能計量的系統計量方面的誤差，會顯得更加困難。

3 CTV諧波存在的誤差

仿真參數進行設置，電壓源的有效值為1～1.5kV，相位為0°。幅值的誤差的仿真結果和相角的誤差的仿真結果均存在一定差異。CVT基波電壓進行測量，準確度非常高，然而諧波電壓進行測量的幅度值的誤差應在96%左右。諧波的情況，CVT會存在較大的相位偏差。由此可見，CVT不適宜在諧波的條件下進行測量。（1）TA諧波的誤差仿真分析。仿真獲得次諧波的情況，功率因數顯示為1，負載率達到98%以上，TA仿真的時候，需將電流源合理的進行設置，為1kA即可，相位保持為0°。綜上所述，諧波前提下，計量的精度較高，因為TA計量的精度非常高，所以其在TA測量的誤差與很小的范圍，TA適合于在諧波條件下進行測量；（2）電能方面的劑量系統存在的劑量誤差。高壓電能的計量系統，一般多應用于110kV系統，通過在不同條件下，電能計量的誤差也存在很大差異。

4 總結

綜上所述，諧波情況下，針對電子型電能表的計量方面的誤差，實行量化分析，同時對CVT～電磁型TA進行誤差的仿真分析。與此同時，搭建了電能計量系統仿真的模型，研究計量方面的存在的誤差，以達到降低計量誤差的效果。

參考文獻：

[1]楊金濤，樂健，汪妮等.諧波背景下電能計量系統的計量誤差分析[J].電力系統自動化，2015.

[2]趙偉，彭宏亮，孫衛明等.諧波條件下基于計量誤差量化分析的電能計量方案[J].電力系統自動化，2015.

[3]陳來娣.電能表計量在諧波背景下的誤差分析[J].科技研究，2014.endprint