[發明專利]一種三相智能電表非線性負載精確計量分析設計方法

有效

• 申請號: 201510068151.5
• 申請日: 2015-02-09
• 公開（公告）號: CN104569906B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 許維思;潘建華;李培培;王蓉;朱世林;徐振偉;楊玉芳;吳靜;郎干勇;朱高凱
• 申請（專利權）人: 江蘇省電力公司揚州供電公司;國家電網公司;江蘇省電力公司;揚州萬泰電子科技有限公司
• 主分類號: G01R35/04
• 分類號: G01R35/04
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 周全,葛軍

技術領域

本發明涉及電力系統計量領域，尤其涉及一種三相智能電表非線性負載精確計量分析設計方法。

背景技術

隨著我國智能電網的快步發展，智能電能表已大量安裝。對于單相智能電表而言，主要應用于居民用電計量，目前產品絕大多數為2.0級，有些要求較高的為1級，也即相對誤差為2％或1％。而對于三相智能電表而言，主要應用于工業用電計量，目前產品絕大多數為1級和0.5S級，有些要求較高的為0.2S級，也即相對誤差為1％、0.5％或0.2％。同時，由于應用于工業或農業排灌等非線性負載場合，因此對相位誤差的要求也較高。因此，如何提高非線性負載時計量精度是智能電表設計的難點。

發明內容

本發明針對以上問題，提供了一種提高計量芯片性能和提高非線性負載計量精度的三相智能電表非線性負載精確計量分析設計方法。

本發明的技術方案是：包括以下步驟:

S1:參數設定，使得電壓采樣回路和電流采樣回路處于計量芯片差分放大線性區；

調整電壓取樣電路參數，使在120％Un的峰值在計量芯片的最大差動輸入電壓范圍的60％-80％之內，選擇電壓取樣電阻；

調整電流取樣電路參數，使Imax的峰值在計量芯片的最大差分電壓范圍的40％-60％之內，選擇電流取樣電阻；

S2:確定相位誤差產生的影響因素，包括電壓回路產生的相移和電流回路產生的合成相移；

S3:計算電壓回路產生的相移；按照步驟S1中選擇的電壓取樣電阻，選擇電容，然后，依次計算電容容抗、阻抗和電壓回路的分壓比，從而得出電壓回路產生的相移；

S4:計算電流回路產生的合成相移；確定電流回路產生的合成相移的影響因素，包括電流互感器產生的相移、電流回路濾波電容產生的相移及放大采樣、乘法運算產生的相移，通過三個相移相加得出合成相移；

S41：計算電流互感器產生的相移；根據電流互感器的精度等級和額定電流的不同進行選取；

S42：計算電流回路濾波電容產生的相移；依次計算電容容抗和電流回路的分壓比，從而得出電流回路產生的相移；

S43：計算放大采樣、乘法運算產生的相移；在計量芯片的三對電流采樣端，分別設置高通濾波器和相位校正網絡；

S5:計算綜合相位誤差；通過將步驟S3中的電壓回路產生的相移和步驟S4中的電流回路產生的合成相移相加得出；

S6:校正選擇；通過S5中的綜合相位誤差，結合計量芯片的相位校正的寄存器，選擇相應的電流互感器進行校正。

步驟S1和步驟S2之間還包括有功電能表對計量誤差的判斷步驟和無功電能表對計量誤差的判斷步驟。

有功電能表計量誤差的判斷步驟；

設定無相位誤差時的有功功率表示為：P0＝UIcosφ,則有相位誤差時的有功功率可表示為：P＝UIcos(φ+Δφ),因此計量誤差為：

α＝(P-P0)/P0

＝(UIcos(φ+Δφ)-UIcosφ)/(UIcosφ)

＝(cosφcosΔφ-sinφsinΔφ-cosφ)/cosφ

＝cosφ(cosΔφ-1)-tanφsinΔφ

設cosΔφ≈1，sinΔφ≈Δφ，因此上式為：

α≈-Δφtanφ (2)

其中，P0為無相位誤差時的有功功率，P為有相位誤差時的有功功率，U為電網電壓，I為電網電流，φ為電壓電流相位差，Δφ為相位誤差，cosφ為有功因素，α為計量誤差，符號→為趨近于；

在式(2)中，當φ→0°時，即功率因數接近1時，tanφ→0，α→0，即小功率因數時，相位誤差對測量準確度影響?。?/p>

在式(2)中，當φ→90°時，即功率因數接近0時，tanφ→∞，α→∞，即大功率因數時，相位誤差對計量準確度影響大。

無功電能表計量誤差的判斷步驟；

設定無相位誤差時的無功功率表示為：Q0＝UIsinφ，則當有相位誤差時無功功率可表示為：Q＝UIsin(φ+Δφ),因此計量誤差為：

β＝(Q-Q0)/Q0

＝(UIsin(φ+Δφ)-UIsinφ)/(UIsinφ)

＝(sinφcosΔφ+cosφsinΔφ-sinφ)/sinφ

＝cosΔφ-1+ctanφsinΔφ

＝-2(sin(Δφ/2))^2+ctanφsinΔφ

設sinΔφ≈Δφ，因此上式為：

β≈-2(Δφ/2)^2+ctanφ﹒Δφ