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1、探析谐波对有功电能计量影响 摘要：本文分别介绍了谐波对仪用互感器准确度的影响和谐波对感应式电能表计量的影响。关键词：谐波;电能计量;仪用互感器;感应式电能表;虚拟仪器。中图分类号：R363.1+24文献标识码：A文章编号：1谐波对仪用互感器准确度的影响谐波对电能计量的影响首先体现在仪用互感器上,这是因为电能计量是针对经过电压互感器和电流互感器转换的弱信号进行的,如果在转换过程中,被计量的电信号波形发生了变化,那么下一步的计量再准确也失去意义。系统中高次谐波的存在,要求仪用互感器具有理想的频率特性,即变比恒定,不随频率的改变而改变。目前系统中应用的电磁式电流或
2、电压互感器原来只用于对基波电压和基波电流的测量,这些互感器对于工频下的工作特性和测量误差已被确定,其变比误差和角误差能满足工程的要求,但如果用测量基波的互感器测量谐波,随着谐波频率的升高,互感器受漏阻抗和涡流的影响也越来越大,这时,互感器对谐波信号的变换过程中误差也要增大,从而降低了互感器的测量精度。因此,7在考虑谐波对电能计量影响时必须考虑其对仪用互感器的影响。下面分别对电压互感器和电流互感器在谐波情况下的误差影响。1.1电磁式电压互感器工频测量中电磁式电压互感器用作高电压对低电压的变换,其绕组匝数较多,铁芯磁通密度较高,基波等值电路与变压器T型等值电路相同
3、。当系统中存在高次谐波时,,各个附加电容不能被忽略,谐波下的等值电路须在基波等值电路上加进匝间电容、绕组间电容和匝散电容C1～C4,这些电容对于频率特性有着明显的影响,当频率增加时,变比误差也随之增加。另外,当频率增加时还会引起绕组电感和电容间的谐振,使幅值和相位误差均为增大。1.2电容式电压互感器电容式电压互感器是由一个电容分压器和一个电磁式电压互感器组成,由于价格较低且使用安全,一般用于220kV及以上系统。由于大多数电容式电压互感器使用频率范围很窄,且幅频特性和角频特性都较差,因此,当系统中存在谐波时一般不能用作测量用互感器。1.3电流互感器电流互感器为
4、一次侧大电流和二次侧小电流之间的变换,一次绕组导线粗、匝数少,其漏感和电阻很小可略去。电流互感器铁芯一般采用环形结构,使用材料较好的玻莫合金,其工作磁通密度选得很低,在正常工作情况下,7激磁电流产生的感抗较小,从而减小了激磁电流和二次绕组漏抗上压降引起的误差,因此电流互感器的频率特性较好,能比较准确地反映一次侧因谐波引起的畸变波形电流,误差很小。2谐波对感应式电能表计量的影响目前,电力系统中进行电能计量时仍然大量利用感应式原理电能表,这种电能表是针对非常狭窄频率范围的正弦电流和电压波形设计的,即它仅考虑了基波分量的作用,较少考虑高次谐波的影响,因此其计量误差随
5、着谐波含量的增加而增加。下面首先深入分析一下感应表的频率响应特性,然后利用新研制的基于虚拟仪器技术的多功能电能计量装置与普通感应式电能表同时对同一谐波源进行电能计量,得出定量的数据结果,并对其进行进一步的分析研究,找出谐波对感应式电能表影响的基本规律。2.1感应式电能表频率响应特性感应式电能表的频率响应特性是研究电网高次谐波对电能表计量影响的重要依据。当系统频率与额定频率不同时,会引起电压、电流工作磁通幅值以及它们间的相位角改变,使得感应表驱动力矩、抑制力矩、补偿力矩以及铁磁损耗发生相对变化,从而引起计量误差。电能表频率响应特性曲线平坦与否对其在谐波功率下的计
6、量影响甚大。下图显示了在不同基波功率因数角下感应表频率响应特性曲线。7图中的曲线表明,感应式电能表计量误差随着频率的升高而越来越大,原因如下:(1)电能表旋转铝盘的等效阻抗随频率的升高而增大;(2)电流电压回路的工作磁通随频率的增大而减少,使电能表产生的负误差;(3)补偿力矩随频率的升高而减少,使电能表也产生负误差,这项影响在轻负荷情况下尤为突出。2.2实验定量分析如上所述,由于感应式电能表原理的缺陷,用它计量含有谐波分量的电能时存在不可避免的误差,因此很有必要找出一种全新的方法来解决这个问题。本文介绍的基于虚拟仪器技术的多功能电能计量装置的一个主要功能就是进
7、行电能的准确计量,它是在离散采样的基础上,利用傅立叶变换法计算各次谐波分量,克服了感应式电能表计量原理上的不足,是当前电力系统进行谐波分析和谐波电能计量的最有效方法。下面对该装置进行简要介绍。该装置把当今国际测控领域最先进的技术——虚拟仪器技术引入到电力系统中来,利用它开发多功能电能计量装置具有原理清晰、逻辑性强、计算速度快、结构简单、一机多用、测量精度高、升级和维护容易等特点,这是国内其他电能计量仪器或装置不能比的。该装置的核心是在高速离散采样的基础上,利用虚拟仪器编程软件模块实现快速傅立叶变换,将经过数据采集卡(DAQ)7采样得到的电压和电流数字信号中各次
8、谐波在频域中分离出来,分别求出它们的幅
