1、引言
在電力系統(tǒng)各級(jí)電網(wǎng)中,,電流互感器被廣泛應(yīng)用于電能計(jì)量,、電流測(cè)量及繼電保護(hù)等場(chǎng)合。電流互感器的測(cè)量精度不僅會(huì)影響電能計(jì)量和電流測(cè)量的準(zhǔn)確性,,還會(huì)影響繼電保護(hù)裝置的性能,。因此,,如何降低電流互感器的誤差從而提高其測(cè)量精度,受到了電力工作者的廣泛關(guān)注,。 電流互感器的誤差本質(zhì)上是由勵(lì)磁電流造成 的,所以只能采取措施減小勵(lì)磁電流,,才能減小誤 差,但不可能通過(guò)消除勵(lì)磁電流而消除誤差,。為了提高電流互感器的精度,采用零磁通電流互感器的方案,,并且取得了很好的效果,。由于零磁通電流互感器的勵(lì)磁電流極小(接近于零),因而具有很高的精度,。
另一方面,,為了克服電流互感器的固有誤差,采用外部有源補(bǔ)償?shù)姆椒?,也取得了滿意的效果,, 使互感器的測(cè)量誤差大大減小,測(cè)量精度大大提高,。因此,,這兩種方法已經(jīng)成為提高電流互感器精 度的主要手段。但是,,這兩種方法都需要利用電子電路對(duì)電流互感器進(jìn)行外部動(dòng)態(tài)調(diào)整或補(bǔ)償,,因 此,結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)試不便,、實(shí)現(xiàn)困難 ,,限制了它們?cè)陔娏τ秒娏骰ジ衅鞣矫娴膽?yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和數(shù)字電力技術(shù)的發(fā)展,,數(shù)字儀表,、數(shù)字保護(hù)及虛擬儀器技術(shù)已在電力系統(tǒng) 二次回路中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。由于數(shù)字儀表及數(shù)字保護(hù)多采用單片計(jì)算機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器,,在數(shù)字儀表和數(shù)字保護(hù)等二次設(shè)備中完全可以用軟件的方法對(duì)電流互感器的誤差進(jìn)行補(bǔ)償,。在本文中研究了對(duì)電流互感器誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)能浖椒ǎ措娏骰ジ衅髡`差的數(shù)字補(bǔ)償法,。
2,、電流互感器的誤差分析
2.1 影響電流互感器誤差的因素
電流互感器的等值電路,其中尺 ,、分別為一次繞組的電阻和漏電抗,,尺、為二次繞組的電阻和漏電抗(折算到一次側(cè)),,尺 為負(fù)載 電阻(折算到一次側(cè)),, 為折算到一次側(cè)的勵(lì)磁電 抗,J 為一次電流,,J 為二次電流(折算到一次側(cè)),, L則為折算到一次側(cè)的勵(lì)磁電流。由圖 1可見(jiàn),,由于 勵(lì)磁電流J 的存在,,使J 與J 數(shù)據(jù)不等,產(chǎn)生比誤 差;同時(shí)J 超前J ,,使J 和J 不同相,,產(chǎn)生角誤差。 根據(jù)圖 1可求得勵(lì)磁電流J 為:J :盟 (1) ,,A 對(duì)于選定的電流互感器,,尺 和 為常數(shù)。由 于電流互感器鐵心磁化曲線具有非線性特征,,因而勵(lì)磁電抗 會(huì)隨二次電流,, 和負(fù)載電阻 R 變化。二次電流,, 增大即一次電流,, 增大時(shí),或者負(fù) 載電阻R 增大時(shí),,互感器鐵心飽和度增加,,導(dǎo)致勵(lì) 磁電抗 降低,。由式(1)可知,勵(lì)磁電流 的大小 與二次電流 和負(fù)載電阻R 有關(guān),。二次電流J2或 負(fù)載電阻R 增大,,會(huì)引起勵(lì)磁電流L的增大,從而 導(dǎo)致電流互感器誤差的增加,。因此,,電流互感器的 誤差僅受二次電流J2和負(fù)載電阻 R。的影響,。當(dāng)負(fù)載 電阻R.為定值時(shí),,電流互感器的誤差僅與二次電流 相關(guān),而且呈現(xiàn)正相關(guān)性,。 但是,,如果二次電流, 過(guò)小(相應(yīng)地,,被測(cè)電流也很小),,則電流互感器工作在磁化曲線的起始段,這時(shí),,電流互感器的勵(lì)磁電抗 比電流互感器 工作在磁化曲線線性段時(shí)的勵(lì)磁電抗要小,勵(lì)磁電 流L就較大,,因而電流互感器的誤差也較大。因此,,二次電流較小時(shí),,電流互感器的誤差不再與二次電流,成正相關(guān)性,。
2.2 電流互感器的誤差特性
2.2.1 電流互感器的誤差
電流互感器的誤差包括比誤差和角誤差,。由于 勵(lì)磁電流的存在,電流互感器的實(shí)際電流比與其額 定電流比不相等,,這樣在測(cè)量電流時(shí)造成數(shù)值誤 差,。以相對(duì)值表示數(shù)值誤差即為比誤差,其定義為:r r = ×100 (2) I 式中 砌 ——電流互感器的比誤差 n ——電流互感器的額定變比 勵(lì)磁電流的存在還會(huì)引起一次電流與二次電 流不同相,,從而在測(cè)量電流時(shí)產(chǎn)生相位誤差即角誤 差,。角誤差是指一次電流和二次電流的相位差,記 為 6,。通常,,二次電流超前一次電流。
2.2.2 比差曲線與角差曲線
對(duì)于選定的電流互感器,,其誤差僅受二次電流 和負(fù)載電阻的影響,。負(fù)載電阻為定值時(shí),,比誤差隨 二次電流變化的曲線稱為比差曲線;角誤差隨二次電流變化的曲線稱為角差曲線。
3,、電流互感器誤差的數(shù)字補(bǔ)償原理
傳統(tǒng)的二次儀表以的測(cè)量值,,由于J 和之間既有數(shù)值誤差,又有相位誤差,,必然造成相應(yīng)的測(cè)量誤差,。要提高測(cè)量精度,只能選用有 較高準(zhǔn)確度等級(jí)的電流互感器,。但對(duì)于數(shù)字儀表或 虛擬儀器,,借助其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能,用軟件方法 可以很好地補(bǔ)償電流互感器誤差所引起的測(cè)量誤 差,,這相當(dāng)于提高了電流互感器的準(zhǔn)確度等級(jí),。 由式(2)可得(3)如果事先知道或事先測(cè)得電流互感器的比誤差,可按式(3)將計(jì)算結(jié)果作為的測(cè)量值,,即可補(bǔ)償電流互感器的比誤差所引起的測(cè)量誤差。如果事先知道或事先測(cè)得電流互感器的角誤差 6,,可采用短數(shù)據(jù)窗移相算法對(duì)電流互感器的角誤差引起的測(cè)量誤差進(jìn)行補(bǔ)償,。具體方法如下: 首先,按式(4)和式(5)計(jì)算出系數(shù)口和 b: (4)4 J . 1r “ 6= (5) .2r 式中電流互感器的角誤差Ⅳ——數(shù)字儀表在一個(gè)工頻周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù) 然后,,用移相算法對(duì) 即 進(jìn)行移相,。如果二次電流超前一次電流(通常如此),則按式(6)進(jìn)行 滯后移相,。反之,,則按式(7)進(jìn)行超前移相。 筋(n)=ai2(n)一bi2(n+1) (6) 筋(n)=a/ (n)一bi (n—1) (7) 式中n——表示采樣時(shí)刻的離散時(shí)間,,n=l,,2…, N (n)——電流互感器二次電流采樣值序列筋(n)——滯后移相后的二次電流采樣值序列經(jīng)移相運(yùn)算后,,二次電流的相位后移或前移6 角,,從而與一次電流保持同相位,進(jìn)而消除了電流互感器的角誤差所引起的測(cè)量誤差,。
4,、電流互感器誤差的數(shù)字補(bǔ)償方法
由于數(shù)字儀表使用單片微型計(jì)算機(jī)(MCU)或 數(shù)字信號(hào)處理器(DSP),而虛擬儀器使用功能更為 強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī),,因此,,借助其較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理 功能,使用軟件方法可方便地實(shí)現(xiàn)電流互感器誤差 的數(shù)字補(bǔ)償,。 對(duì)于選定的電流互感器,,若要進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償,, 應(yīng)在設(shè)備投入運(yùn)行之前事先做好以下準(zhǔn)備工作:
(1)確定電流互感器的負(fù)載電阻的阻值。
(2)測(cè)出該阻值下的比差和角差曲線,。
(1)根據(jù)二次電流采樣值序列:(n)按一定的算法計(jì)算出二次電流有效值厶,。
(5)按式(6)或式(7)進(jìn)行滯后或超前移相運(yùn)算,得到移相后的二次電流采樣值序列筋(n),。
(6)確定一次電流相量的相位,,得到補(bǔ)償后的相位值。數(shù)字補(bǔ)償法看似復(fù)雜,,但實(shí)際上,,通過(guò)計(jì)算機(jī)輔 助分析和輔助設(shè)計(jì)手段,使電流互感器誤差的數(shù)字 補(bǔ)償法簡(jiǎn)單有效,、方便易行,。數(shù)字儀表或虛擬儀器等數(shù)字設(shè)備進(jìn)行電流測(cè)量 時(shí),不僅電流互感器會(huì)出現(xiàn)測(cè)量誤差,,數(shù)字測(cè)量裝置 本身的采樣通道也會(huì)引起測(cè)量誤差,,且兩種誤差的 大小有可比性。因此,,僅僅提高電流互感器的精度或 僅對(duì)電流互感器的誤差進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償是不夠的,。要提高電流的測(cè)量精度,還必須對(duì)采樣通道引起的測(cè)量誤差進(jìn)行補(bǔ)償,。電流互感器誤差的數(shù)字補(bǔ)償就是采用軟件方法 實(shí)現(xiàn)對(duì)電流互感器誤差的補(bǔ)償,,采樣通道引起的測(cè)量誤差也能夠進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償。所以,,對(duì)兩種誤差進(jìn)行綜合數(shù)字補(bǔ)償是可行的。由于電流互感器誤差的數(shù)字補(bǔ)償可以綜合考慮采樣通道的誤差補(bǔ)償,,因而比 傳統(tǒng)的電流互感器誤差補(bǔ)償方法更方便,。
5、結(jié)束語(yǔ)
借助于數(shù)字儀表或虛擬儀器的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理功能,,完全能夠使用軟件方法實(shí)現(xiàn)電流互感器誤差的數(shù)字補(bǔ)償,。一方面,數(shù)字補(bǔ)償法可以補(bǔ)償電流互感器的測(cè)量誤差,,這相當(dāng)于提高了電流互感器的準(zhǔn)確度等級(jí),。另一方面,在測(cè)量精度一定的情況下,,采用數(shù)字補(bǔ)償法可在很大程度上降低對(duì)電流互感器準(zhǔn)確度等級(jí)的要求,。此外,電流互感器誤差的數(shù)字補(bǔ)償可以綜合考慮采樣通道的誤差補(bǔ)償,,從而提高電流的測(cè)量精度,。