电能计量中电参量测量误差的现代研究
摘要 随着我国电力工业的迅速发展，电力负荷急剧增长，电能作为现代社会的重要能源，这些负荷对供电系统电能质量造成了严重的污染，同时也给电能的准确计量带来了困难，电力工业的发展要求电能计量及其仪表制造进入到与之相适应的发展。本文通过对电能计量中电参量测量误差的研究，以提高电能计量中电参量测量的准确性。
关键词 电能计量；电参量；测量误差
前言
电能是国民经济和人民生活中主要的能源，电能计量是发电企业、输配电企业和电力用户之间进行经济结算的依据，所以它的准确性与合理性直接影响三者的利益。随着电力行业的发展，大量电力电子设备，非线性器件在各行各业用电设备中广泛使用，负荷向电力系统中注入大量的谐波，影响了电能计量中电参量测量的准确性。本文通过对电能计量中电参量的测量误差进行研究，旨在提高电能计量中电参量测量的准确度。
1 电能计量系统结构
电能计量是由电能计量系统来确定电能量值的一组操作，是为实现电能单位及其量值准确、可靠的一系列活动。电能计量系统结构原理如图1所示。用户供电线路分支是与高压配电系统相连接的，要对这个高压供电系统分支的电能进行计量，首先要通过电压信号源器件将高电压信号成比例地转变为低电压信号，通过电流信号源器件传输给电能量采样、测量、计算、显示存储器件。电压信号源器件一般选用电磁式电压互感器，也有选用电容式分压器或电阻分压器的，较新的技术则选用光电压互感器；电流信号源器件一般选用电磁式电流互感器，较新的技术则选用电子式电流互感器、光电流互感器；传输线一般选用电缆或者光缆；电能量采样、测量、计算、显示、存储一般由电能表或直接使用计算机取代电能表来完成[1]。
2 电能计量原理及电参量测量计量误差分析
2.1 电能计量原理
对电能进行计量时所用到的数学原理如下：
（1）单相交流电路
用u、i、Um、Im、ω、j分别表示电压的瞬时值、电流的瞬时值、电压的幅值、电流的幅值、角频率和初相角，则电能的瞬时功率（用符号p表示）的表达式为：
（2）三相四线制电路中，电能的瞬时功率的表达式为：
公式中ua、ia表示的是A相的电压和电流；ub、ib表示的是B相的电压和电流；uc、ic表示的是C相的电压和电流。
（3）三相三线制电路是我们生活中最为常见的电路，其电能的瞬时功率的表达式与三相四线制电路相同：
2.2 数字电能表计量误差
在进行电能计量时，常用的仪表是电子式多功能电能表，其误差的来源有多重，主要来自以下几个方面：互感器、A/D转化电路、采样、滤波和计量算法等。
（1）电能计量中的互感器合成误差
从电能表的构造原理来看，它是不能直接与高电压、大电流信号进行关联的，需要借助一个元件，这个元件就是电压电流互感器，电压电流互感器的作用就是将大电流、高电压信号转化成小电流、低电压信号以便电能表对其进行测量。互感器是由繞组线圈构成的，含有一次绕组和二次绕组，一次绕组也叫原边绕组、初级绕组，二次绕组也叫副边绕组、次级绕组。从电磁感应的机理出发，互感器的误差会收到互感器内部的参数的影响，例如二次线圈内阻和漏抗，此外电压互感器的铁心截面和线圈的匝数也影响着互感器的误差，以及二次电流（或者一次电流）、二次负载、功率因数以及频率等外部因素都会造成互感器产生误差。
（2）A/D量化误差及其引起的相对误差
在进行电能计量时对电参量进行数字测量不能轻视或忽略A/D量化误差所可能带来的影响，我们知道，二进制数中b位小数所能表示的最小单位如果用我们常用的十进制来表示的话，其数值为2-b，我们用q来表示这种二进制数中b位小数所能表示的最小单位的十进制的数值，即q=2-b，换一句话说，二进制数中b位小数的最低位值q是2-b。我们对电参量进行数字测量时有一个量化的过程，量化的过程必然会存在误差，我们通常所采用的截尾处理方法和舍入处理方法所带来的误差是不同的，一般来说，舍入处理的误差比截尾处理的误差要小，因此对电参量进行数字测量时的量化手段一般采用舍入处理法。我们用e来表示量化误差，则e的范围为：-q/2≤e≤q/2，e是一个随机变量，其分布范围在+2-b-1和-2-b-1的区间。这里以正弦信号为例，在测量正弦信号的电参数时所进行A/D量化，由于正弦信号的波峰因数为2，因此A/D量化所引起相对误差为：
（3）其他
采样电路主要由采样电路的电阻和RC低通滤波器组成。由于采样电阻会受温度的影响使其精度产生漂移，使电压转换精度产生变化。RC低通滤波器和抗论混叠滤波器的应用，会造成相位的匹配误差。表内计量算法也会计量和信号测
量带来误差[2]。
3 结束语
在我国电力市场的整体运作中，电能计量装置的读数作为电力产品贸易结算的依据，已越来越受贸易双方的重视，是贸易双方经济核算的重要指标。随着我国国际化步伐的加快，工农业生产的自动化程度及劳动生产率的大大提高，降低产品的电能成本已成为广大电力用户追求的目标，人们比过去更加重视电能计量的准确性。本文通过对电能计量中电参量的测量误差进行研究，旨在提高电能计量中电参量测量的准确度。
参考文献
[1] 李沂乘. 采样计算方法测量交流电压有效值误差分析[J]. 电子测量与仪器学报，2008，22（s2）：62-65.
[2] 杨世海，程彦华.电测仪表及其应用[M].北京：中国电力出版社，2009：22-29.
