电能质量的测量

1. 测量任务

测量电网电能质量首先要选择合适的测量仪器，明确测量任务、电网条件和互感器接线情况。测量项目对应的频率和幅值范围见图1。

图1.　测量频率和幅值范围

谐波和中间谐波的测量频率范围在50Hz~2kHz之间，有时达到2.5kHz。高于2.5kHz的频率目前标准没有规定。谐波电压的幅值最大约为10%电网额定电压，而谐波电流值有时达到或者超过额定电流值。

如果出现频率小于50Hz的谐波，称为分数次谐波，即在0Hz~50Hz之间，幅值范围和谐波电压相同，而谐波电流则小于额定电流。

闪变的变化范围在>0Hz~35Hz之间，电压幅值约为额定电压的4%以下。

电压波动是变量，频率基本不变，其幅值一般在几个百分数。

电压不对称在几个百分比之间变化。上述百分比均为与电网额定电压的百分比。

表1 测量值

2. 测量过程和扫描频率

目前主要使用数字式测量仪器，测量精度取决于模数转换的幅值分解和扫描频率、通道数和数据存储功能。数字测量仪器可以将测量值按12、14甚至16Bit进行分解。输入量分解为2.048，8.192，32.768等级，测量值标记使用1个Bit。扫描频率采用Shannon扫描理论，即扫描频率至少为2倍的被测量信号的频率，实际可以达到3~4倍。仪器至少可以分析到40次谐波，50Hz电网扫描频率至少为8kHz，60Hz电网扫描频率至少为9.6kHz。如果仪器有多个通道，则每个通道的扫描频率必须相同。谐波测量时测量信号的基波频率需要与扫描频率同步化。为此设置PLL电路用于产生扫描和控制频率。注意此处并没有时间的概念，因为扫描频率是电网频率的多倍。测量后的准确配置需要附加电路。

3. 测量准确度要求

电能质量标准中规定了对谐波分析仪器的具体要求，傅立叶级数的分析周期(即时间)必须与测量目的相吻合。具体要求见表2。

表2 谐波测量推荐分析周期

A级仪表用于实验室，B级用于现场测量。仪器测量误差角度小于+/-5º，或者小于h1º，h为谐波次数。见图2。

图2 谐波测量的准确度要求

4. 电流电压互感器

测量系统必须根据相关标准中准确度要求确定频率和幅值范围。一个完整的测量系统包括电流电压互感器，中间互感器，计算和计值部分，见图3。只有仪器的参数设定符合标准中规定的参数，测量结果才具有重现性和可比较性。

-- 低压

低压系统的电流电压互感器比较好配置，例如电流测量钳和带电压输出的电流测量钳，以及Rogowski线圈都可以使用。幅值误差小于1.5%，角度误差小于15º。

-- 中压

电压互感器在1kHz以下的测量误差小于5%，至700Hz角度误差小于5º。电流互感器在1.5kHz以下基本可以保证测量精度。

-- 高压

电压互感器在500Hz以下的测量误差小于5%。电流互感器在整个谐波范围内适于测量。如果需要准确的测量电压，需要使用电阻分压器(Un1kV)或者电容分压器(Un>1kV)。