電流互感器誤差的數(shù)字補(bǔ)償法研究

    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�方法，即電流互感器誤差的數(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。

    (3)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。

    (4)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)。

    (5)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。

發(fā)布時(shí)間:2012-3-26 訪問(wèn)次數(shù):4528