一種三相智能電表非線性負載精確計量分析設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)計量領(lǐng)域，尤其涉及一種H相智能電表非線性負載精確計量 分析設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國智能電網(wǎng)的快步發(fā)展，智能電能表已大量安裝。對于單相智能電表而言， 主要應(yīng)用于居民用電計量，目前產(chǎn)品絕大多數(shù)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H相智能電表而言，主要應(yīng)用于工業(yè)用電計量，目前產(chǎn)品絕大多 數(shù)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(yīng)用于工業(yè)或農(nóng)業(yè)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(shè)計的難點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對W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H相智能電表非線性負載精確計量分析設(shè)計方法。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：包括W下步驟：
[0005] S1:參數(shù)設(shè)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(qū)；
[0006] 調(diào)整電壓取樣電路參數(shù)，使在120%化的峰值在計量芯片的最大差動輸入電壓范 圍的60% -80%之內(nèi)，選擇電壓取樣電阻；
[0007] 調(diào)整電流取樣電路參數(shù)，使Imax的峰值在計量芯片的最大差分電壓范圍的 40% -60%之內(nèi)，選擇電流取樣電阻；
[0008] S2:確定相位誤差產(chǎn)生的影響因素，包括電壓回路產(chǎn)生的相移和電流回路產(chǎn)生的 合成相移；
[000引 S3:計算電壓回路產(chǎn)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(chǎn)生的相移；
[0010] S4:計算電流回路產(chǎn)生的合成相移；確定電流回路產(chǎn)生的合成相移的影響因素， 包括電流互感器產(chǎn)生的相移、電流回路濾波電容產(chǎn)生的相移及放大采樣、乘法運算產(chǎn)生的 相移，通過H個相移相加得出合成相移；
[0011] S41 ;計算電流互感器產(chǎn)生的相移；根據(jù)電流互感器的精度等級和額定電流的不 同進行選?。?br>[0012] S42 ;計算電流回路濾波電容產(chǎn)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(chǎn)生的相移；
[0013] S43 ;計算放大采樣、乘法運算產(chǎn)生的相移；在計量芯片的H對電流采樣端，分別 設(shè)置高通濾波器和相位校正網(wǎng)絡(luò)；
[0014] S5:計算綜合相位誤差；通過將步驟S3中的電壓回路產(chǎn)生的相移和步驟S4中的 電流回路產(chǎn)生的合成相移相加得出；
[0015] S6:校正選擇；通過S5中的綜合相位誤差，結(jié)合計量芯片的相位校正的寄存器，選 擇相應(yīng)的電流互感器進行校正。
[0016] 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。
[0017] 有功電能表計量誤差的判斷步驟；
[0018] 設(shè)定無相位誤差時的有功功率表示為；P0 = UIcos(j5,則有相位誤差時的有功功 率可表示為；P = UIcos〇 + A (J)),因此計量誤差為：
[0019] a = (P-P〇)/P〇
[0020] = (UIcos ( 4) + A (J))-UIcos 4))/OJIcos 4))
[00引] =(cos cos A (J)-sin sin A (J)-cos )/cos
[0022] = cos 4) (cos A (J) -1) -tan 4) sin A (J)
[0023] 設(shè) cos A(J) ：=?l，sinA(J) A(J)，因此上式為：
[0024] a ^ - A (j5 tan (2)
[002引其中，PO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(wǎng)電 壓，I為電網(wǎng)電流，4)為電壓電流相位差，A (J)為相位誤差，cos (J)為有功因素，a為計量 誤差，符號一為趨近于；
[002引在式（2)中，當(dāng)- 0°時，即功率因數(shù)接近1時，tan - 0, a - 0,即小功率 因數(shù)時，相位誤差對測量準(zhǔn)確度影響??；
[0027] 在式（2)中，當(dāng)- 90。時，即功率因數(shù)接近0時，tancj5 -a ，即大功 率因數(shù)時，相位誤差對計量準(zhǔn)確度影響大。
[002引無功電能表計量誤差的判斷步驟；
[0029] 設(shè)定無相位誤差時的無功功率表示為；Q0 = UIsincK則當(dāng)有相位誤差時無功功 率可表示為；Q = UIsin〇 + A (J)),因此計量誤差為：
[0030] 目=(Q-Q0)/Q0
[0031] = (UIsin(4) + A (J))-UIsin4))/〇JIsin4))
[0032] = kin cos A (J)+COS sin A (J)-sin )/sin
[0033] = cos A (J)-1+ctan 4) sin A (J)
[0034] = -2 (sin (A 4) /2)) "2+ctan sin A (J)
[OCK35]設(shè) sin A (J) A (J)，因此上式為：
[0036] 目 >-2(A 化ctancj5 . A
[0037] =-〇. 5 ( A (J)) '化 A (J) ctan 4) (3)
[003引其中，QO為無相位誤差時的無功功率，Q為有相位誤差時的無功功率，U為電網(wǎng)電 壓，I為電網(wǎng)電流，4)為電壓電流相位差，A (J)為相位誤差，sin (J)為無功因素，目為計量 誤差，符號一為趨近于；
[003引在式（3)中，當(dāng)4) 一 0°時，即功率因數(shù)接近1時，ctan4) ，目一°°，因此，相 位誤差對測量準(zhǔn)確度影響大；
[0040] 在式（3)中，當(dāng)- 90。時，即功率因數(shù)接近0時，ctancj5 - 0， 目一-0.5( A (j5)'2,因此，相位誤差對計量準(zhǔn)確度影響小。
[0041] 本發(fā)明從H個方面對提高計量芯片的計量精度作分析判斷，即；一、對計量芯片差 分放大部分存在的非線性進行了分析；二、從理論上對非線性負載時計量精度偏低的原因 進行了數(shù)學(xué)分析；H、對電能表存在相位誤差的原因進行了分析。
[0042] 其中，尤其涉及對計量芯片的放大采樣環(huán)節(jié)產(chǎn)生相位誤差作分析，通過分析相位 誤差產(chǎn)生的原因首先包含輸入回路產(chǎn)生的誤差，也就是說是由于電壓輸入回路和電流輸入 回路之間的相移不同造成的。因此，要提高電能表的相位誤差性能，必須盡可能地將輸入回 路產(chǎn)生的相位誤差降到最小，從而提高計量精度。
【附圖說明】
[0043] 圖1是本發(fā)明的流程圖，
[0044] 圖2是本發(fā)明中計量芯片差分放大器失真示意圖，
[0045] 圖3是本發(fā)明中ADE7752計量芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，
[0046] 圖4是本發(fā)明中H相電能表電壓取樣電路圖，
[0047] 圖5是本發(fā)明中H相電能表電流取樣電路圖；
【具體實施方式】
[004引如圖1-5所示，本發(fā)明W ADE7752立相計量芯片為例加W說明，包括W下步驟：
[0049] -、確保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(qū)：
[0050] 按國家電網(wǎng)公司H相智能電能表技術(shù)規(guī)范要求，電能表的正常電壓工作范圍為 0.卵n?1. 1化，擴展電壓工作范圍為0.8化?1. 15化，在此范圍內(nèi)要求電能表不僅能正 常工作，而且能精確計量?？紤]到確保電能表滿足指標(biāo)要求，電能表制造商一般都會按 0. 7化?1. 2化進行設(shè)計。電能表初校是在100%化和100% In條件下進行的，如附圖2 所示，只要調(diào)整好電壓取樣電路參數(shù)，使在120%化的峰值在計量芯片的最大差動輸入電 壓范圍的一定百分比之內(nèi)，避免輸入信號出現(xiàn)飽和失真，就能確保滿足電壓計量精度的要 求。
[005。 WADE7752為例加W說明。ADE7752的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如附圖3所示，包含3個電壓采 樣端VAP、VBP、VCP，它們分別與公共端VN形成差分電壓，經(jīng)各自的差分放大器放大后送入 對應(yīng)的AD采樣模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。ADE7752的最大差動輸入電壓范圍為±500mV。附圖4 為采用ADE7752設(shè)計的H相電能表電壓采樣電路（W A相為例）。為避免輸入信號出現(xiàn)飽 和失真，同時盡可能測試計量芯片的動態(tài)范圍，VAP端口的最大電壓幅度取值為± 500mV滿 度的75%W內(nèi)（H相H線時）。因此，附圖4中電壓取樣電阻R5?R15分別取為；470K、 470K、470K、220K、75K、39K、20K、10K、5.化、2. 7K、化。圖中 J2 ?J12 為跨接線，為硬調(diào)校時 使用。采用軟調(diào)校方案時不需要。
[0052] VAP的最大電壓幅度取值為：
[0053] ±380x1. 2x1. 414xR15/巧5+R6+... +R14+R15)
[0054] = ±380x1. 2x1. 414x1/(470+470+…巧.7+1)
[00巧]=±0. 362V
[0056] = ±362mV。 （1)
[0057] 實際電能表設(shè)計時，由于考慮到電能表常數(shù)、電能輸出脈沖F1和巧的頻率之間的 匹配問題，往往在確定好電流取樣電阻后再對電壓取樣電阻進行微調(diào)。
[0058] 如附圖3中的ADE7752內(nèi)部結(jié)構(gòu)所示，ADE7752包含3對電流采樣端IAP和IAN、 IBP和IBN、ICP和ICN，它們形成差分電壓經(jīng)各自的差分放大器放大后送入對應(yīng)的AD采樣 模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。ADE7752的最大差動輸入電壓范圍為±500mV。附圖5為采用ADE7752 設(shè)計的H相電