電能質量的測量

1. 測量任務

測量電網電能質量首先要選擇合適的測量儀器，明確測量任務、電網條件和互感器接線情況。測量項目對應的頻率和幅值范圍見圖1。

圖1.　測量頻率和幅值范圍

諧波和中間諧波的測量頻率范圍在50Hz~2kHz之間，有時達到2.5kHz。高于2.5kHz的頻率目前標準沒有規定。諧波電壓的幅值最大約為10%電網額定電壓，而諧波電流值有時達到或者超過額定電流值。

如果出現頻率小于50Hz的諧波，稱為分數次諧波，即在0Hz~50Hz之間，幅值范圍和諧波電壓相同，而諧波電流則小于額定電流。

閃變的變化范圍在>0Hz~35Hz之間，電壓幅值約為額定電壓的4%以下。

電壓波動是變量，頻率基本不變，其幅值一般在幾個百分數。

電壓不對稱在幾個百分比之間變化。上述百分比均為與電網額定電壓的百分比。

表1 測量值

2. 測量過程和掃描頻率

目前主要使用數字式測量儀器，測量精度取決于模數轉換的幅值分解和掃描頻率、通道數和數據存儲功能。數字測量儀器可以將測量值按12、14甚至16Bit進行分解。輸入量分解為2.048，8.192，32.768等級，測量值標記使用1個Bit。掃描頻率采用Shannon掃描理論，即掃描頻率至少為2倍的被測量信號的頻率，實際可以達到3~4倍。儀器至少可以分析到40次諧波，50Hz電網掃描頻率至少為8kHz，60Hz電網掃描頻率至少為9.6kHz。如果儀器有多個通道，則每個通道的掃描頻率必須相同。諧波測量時測量信號的基波頻率需要與掃描頻率同步化。為此設置PLL電路用于產生掃描和控制頻率。注意此處并沒有時間的概念，因為掃描頻率是電網頻率的多倍。測量后的準確配置需要附加電路。

3. 測量準確度要求

電能質量標準中規定了對諧波分析儀器的具體要求，傅立葉級數的分析周期(即時間)必須與測量目的相吻合。具體要求見表2。

表2 諧波測量推薦分析周期

A級儀表用于實驗室，B級用于現場測量。儀器測量誤差角度小于+/-5º，或者小于h1º，h為諧波次數。見圖2。

圖2 諧波測量的準確度要求

4. 電流電壓互感器

測量系統必須根據相關標準中準確度要求確定頻率和幅值范圍。一個完整的測量系統包括電流電壓互感器，中間互感器，計算和計值部分，見圖3。只有儀器的參數設定符合標準中規定的參數，測量結果才具有重現性和可比較性。

-- 低壓

低壓系統的電流電壓互感器比較好配置，例如電流測量鉗和帶電壓輸出的電流測量鉗，以及Rogowski線圈都可以使用。幅值誤差小于1.5%，角度誤差小于15º。

-- 中壓

電壓互感器在1kHz以下的測量誤差小于5%，至700Hz角度誤差小于5º。電流互感器在1.5kHz以下基本可以保證測量精度。

-- 高壓

電壓互感器在500Hz以下的測量誤差小于5%。電流互感器在整個諧波范圍內適于測量。如果需要準確的測量電壓，需要使用電阻分壓器(Un1kV)或者電容分壓器(Un>1kV)。