一种三相智能电表非线性负载精确计量分析设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统计量领域，尤其涉及一种H相智能电表非线性负载精确计量 分析设计方法。
【背景技术】
[0002] 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H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】
[0003] 本发明针对W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H相智能电表非线性负载精确计量分析设计方法。
[0004] 本发明的技术方案是：包括W下步骤：
[0005] 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；
[0006] 调整电压取样电路参数，使在120%化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；
[0007] 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；
[0008] 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；
[000引 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；
[0010] 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H个相移相加得出合成相移；
[0011] 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；
[0012] 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；
[0013] S43 ;计算放大采样、乘法运算产生的相移；在计量芯片的H对电流采样端，分别 设置高通滤波器和相位校正网络；
[0014] 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；
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 有功电能表计量误差的判断步骤；
[0018] 设定无相位误差时的有功功率表示为；P0 = UIcos(j5,则有相位误差时的有功功 率可表示为；P = UIcos〇 + A (J)),因此计量误差为：
[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] 设 cos A(J) ：=?l，sinA(J) A(J)，因此上式为：
[0024] a ^ - A (j5 tan (2)
[002引其中，PO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，4)为电压电流相位差，A (J)为相位误差，cos (J)为有功因素，a为计量 误差，符号一为趋近于；
[002引在式（2)中，当- 0°时，即功率因数接近1时，tan - 0, a - 0,即小功率 因数时，相位误差对测量准确度影响小；
[0027] 在式（2)中，当- 90。时，即功率因数接近0时，tancj5 -a ，即大功 率因数时，相位误差对计量准确度影响大。
[002引无功电能表计量误差的判断步骤；
[0029] 设定无相位误差时的无功功率表示为；Q0 = UIsincK则当有相位误差时无功功 率可表示为；Q = UIsin〇 + A (J)),因此计量误差为：
[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]设 sin A (J) A (J)，因此上式为：
[0036] 目 >-2(A 化ctancj5 . A
[0037] =-〇. 5 ( A (J)) '化 A (J) ctan 4) (3)
[003引其中，QO为无相位误差时的无功功率，Q为有相位误差时的无功功率，U为电网电 压，I为电网电流，4)为电压电流相位差，A (J)为相位误差，sin (J)为无功因素，目为计量 误差，符号一为趋近于；
[003引在式（3)中，当4) 一 0°时，即功率因数接近1时，ctan4) ，目一°°，因此，相 位误差对测量准确度影响大；
[0040] 在式（3)中，当- 90。时，即功率因数接近0时，ctancj5 - 0， 目一-0.5( A (j5)'2,因此，相位误差对计量准确度影响小。
[0041] 本发明从H个方面对提高计量芯片的计量精度作分析判断，即；一、对计量芯片差 分放大部分存在的非线性进行了分析；二、从理论上对非线性负载时计量精度偏低的原因 进行了数学分析；H、对电能表存在相位误差的原因进行了分析。
[0042] 其中，尤其涉及对计量芯片的放大采样环节产生相位误差作分析，通过分析相位 误差产生的原因首先包含输入回路产生的误差，也就是说是由于电压输入回路和电流输入 回路之间的相移不同造成的。因此，要提高电能表的相位误差性能，必须尽可能地将输入回 路产生的相位误差降到最小，从而提高计量精度。
【附图说明】
[0043] 图1是本发明的流程图，
[0044] 图2是本发明中计量芯片差分放大器失真示意图，
[0045] 图3是本发明中ADE7752计量芯片内部结构图，
[0046] 图4是本发明中H相电能表电压取样电路图，
[0047] 图5是本发明中H相电能表电流取样电路图；
【具体实施方式】
[004引如图1-5所示，本发明W ADE7752立相计量芯片为例加W说明，包括W下步骤：
[0049] -、确保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：
[0050] 按国家电网公司H相智能电能表技术规范要求，电能表的正常电压工作范围为 0.卵n?1. 1化，扩展电压工作范围为0.8化?1. 15化，在此范围内要求电能表不仅能正 常工作，而且能精确计量。考虑到确保电能表满足指标要求，电能表制造商一般都会按 0. 7化?1. 2化进行设计。电能表初校是在100%化和100% In条件下进行的，如附图2 所示，只要调整好电压取样电路参数，使在120%化的峰值在计量芯片的最大差动输入电 压范围的一定百分比之内，避免输入信号出现饱和失真，就能确保满足电压计量精度的要 求。
[005。 WADE7752为例加W说明。ADE7752的内部结构如附图3所示，包含3个电压采 样端VAP、VBP、VCP，它们分别与公共端VN形成差分电压，经各自的差分放大器放大后送入 对应的AD采样模块进行模数转换。ADE7752的最大差动输入电压范围为±500mV。附图4 为采用ADE7752设计的H相电能表电压采样电路（W A相为例）。为避免输入信号出现饱 和失真，同时尽可能测试计量芯片的动态范围，VAP端口的最大电压幅度取值为± 500mV满 度的75%W内（H相H线时）。因此，附图4中电压取样电阻R5?R15分别取为；470K、 470K、470K、220K、75K、39K、20K、10K、5.化、2. 7K、化。图中 J2 ?J12 为跨接线，为硬调校时 使用。采用软调校方案时不需要。
[0052] VAP的最大电压幅度取值为：
[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] 实际电能表设计时，由于考虑到电能表常数、电能输出脉冲F1和巧的频率之间的 匹配问题，往往在确定好电流取样电阻后再对电压取样电阻进行微调。
[0058] 如附图3中的ADE7752内部结构所示，ADE7752包含3对电流采样端IAP和IAN、 IBP和IBN、ICP和ICN，它们形成差分电压经各自的差分放大器放大后送入对应的AD采样 模块进行模数转换。ADE7752的最大差动输入电压范围为±500mV。附图5为采用ADE7752 设计的H相电