[发明专利]一种三相智能电表非线性负载精确计量分析设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统计量领域，尤其涉及一种三相智能电表非线性负载精确计量分析设计方法。

背景技术

随着我国智能电网的快步发展，智能电能表已大量安装。对于单相智能电表而言，主要应用于居民用电计量，目前产品绝大多数为2.0级，有些要求较高的为1级，也即相对误差为2％或1％。而对于三相智能电表而言，主要应用于工业用电计量，目前产品绝大多数为1级和0.5S级，有些要求较高的为0.2S级，也即相对误差为1％、0.5％或0.2％。同时，由于应用于工业或农业排灌等非线性负载场合，因此对相位误差的要求也较高。因此，如何提高非线性负载时计量精度是智能电表设计的难点。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种提高计量芯片性能和提高非线性负载计量精度的三相智能电表非线性负载精确计量分析设计方法。

本发明的技术方案是：包括以下步骤:

S1:参数设定，使得电压采样回路和电流采样回路处于计量芯片差分放大线性区；

调整电压取样电路参数，使在120％Un的峰值在计量芯片的最大差动输入电压范围的60％-80％之内，选择电压取样电阻；

调整电流取样电路参数，使Imax的峰值在计量芯片的最大差分电压范围的40％-60％之内，选择电流取样电阻；

S2:确定相位误差产生的影响因素，包括电压回路产生的相移和电流回路产生的合成相移；

S3:计算电压回路产生的相移；按照步骤S1中选择的电压取样电阻，选择电容，然后，依次计算电容容抗、阻抗和电压回路的分压比，从而得出电压回路产生的相移；

S4:计算电流回路产生的合成相移；确定电流回路产生的合成相移的影响因素，包括电流互感器产生的相移、电流回路滤波电容产生的相移及放大采样、乘法运算产生的相移，通过三个相移相加得出合成相移；

S41：计算电流互感器产生的相移；根据电流互感器的精度等级和额定电流的不同进行选取；

S42：计算电流回路滤波电容产生的相移；依次计算电容容抗和电流回路的分压比，从而得出电流回路产生的相移；

S43：计算放大采样、乘法运算产生的相移；在计量芯片的三对电流采样端，分别设置高通滤波器和相位校正网络；

S5:计算综合相位误差；通过将步骤S3中的电压回路产生的相移和步骤S4中的电流回路产生的合成相移相加得出；

S6:校正选择；通过S5中的综合相位误差，结合计量芯片的相位校正的寄存器，选择相应的电流互感器进行校正。

步骤S1和步骤S2之间还包括有功电能表对计量误差的判断步骤和无功电能表对计量误差的判断步骤。

有功电能表计量误差的判断步骤；

设定无相位误差时的有功功率表示为：P0＝UIcosφ,则有相位误差时的有功功率可表示为：P＝UIcos(φ+Δφ),因此计量误差为：

α＝(P-P0)/P0

＝(UIcos(φ+Δφ)-UIcosφ)/(UIcosφ)

＝(cosφcosΔφ-sinφsinΔφ-cosφ)/cosφ

＝cosφ(cosΔφ-1)-tanφsinΔφ

设cosΔφ≈1，sinΔφ≈Δφ，因此上式为：

α≈-Δφtanφ (2)

其中，P0为无相位误差时的有功功率，P为有相位误差时的有功功率，U为电网电压，I为电网电流，φ为电压电流相位差，Δφ为相位误差，cosφ为有功因素，α为计量误差，符号→为趋近于；

在式(2)中，当φ→0°时，即功率因数接近1时，tanφ→0，α→0，即小功率因数时，相位误差对测量准确度影响小；

在式(2)中，当φ→90°时，即功率因数接近0时，tanφ→∞，α→∞，即大功率因数时，相位误差对计量准确度影响大。

无功电能表计量误差的判断步骤；

设定无相位误差时的无功功率表示为：Q0＝UIsinφ，则当有相位误差时无功功率可表示为：Q＝UIsin(φ+Δφ),因此计量误差为：

β＝(Q-Q0)/Q0

＝(UIsin(φ+Δφ)-UIsinφ)/(UIsinφ)

＝(sinφcosΔφ+cosφsinΔφ-sinφ)/sinφ

＝cosΔφ-1+ctanφsinΔφ

＝-2(sin(Δφ/2))^2+ctanφsinΔφ

设sinΔφ≈Δφ，因此上式为：

β≈-2(Δφ/2)^2+ctanφ﹒Δφ