電流互感器誤差的數(shù)字補償法研究

    1引言

    在電力系統(tǒng)各級電網(wǎng)中，電流互感器被廣泛應(yīng)用于電能計量、電流測量及繼電保護等場合。電流互感器的測量精度不僅會影響電能計量和電流測量的準確性，還會影響繼電保護裝置的性能。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)上是由勵磁電流造成 的，所以只能采取措施減小勵磁電流，才能減小誤 差，但不可能通過消除勵磁電流而消除誤差。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，采用外部有源補償?shù)姆椒�，也取得了滿意的效果， 使互感器的測量誤差大大減小，測量精度大大提高。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電流互感器進行外部動態(tài)調(diào)整或補償，因 此，結(jié)構(gòu)復雜、調(diào)試不便、實現(xiàn)困難 ，限制了它們在電力用電流互感器方面的應(yīng)用。隨著計算機應(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越多的應(yīng)用。由于數(shù)字儀表及數(shù)字保護多采用單片計算機或數(shù)字信號處理器，在數(shù)字儀表和數(shù)字保護等二次設(shè)備中完全可以用軟件的方法對電流互感器的誤差進行補償。在本文中研究了對電流互感器誤差進行補償?shù)能浖�方法，即電流互感器誤差的數(shù)字補償法。

    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 為負載 電阻(折算到一次側(cè))， 為折算到一次側(cè)的勵磁電 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)的勵磁電流。由圖 1可見，由于 勵磁電流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可求得勵磁電流J 為：J ：盟 (1) ，A 對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，因而勵磁電抗 會隨二次電流， 和負載電阻 R 變化。二次電流， 增大即一次電流， 增大時，或者負 載電阻R 增大時，互感器鐵心飽和度增加，導致勵 磁電抗 降低。由式(1)可知，勵磁電流 的大小 與二次電流 和負載電阻R 有關(guān)。二次電流J2或 負載電阻R 增大，會引起勵磁電流L的增大，從而 導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和負載電阻 R。的影響。當負載 電阻R.為定值時，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， 過小(相應(yīng)地，被測電流也很小)，則電流互感器工作在磁化曲線的起始段，這時，電流互感器的勵磁電抗 比電流互感器 工作在磁化曲線線性段時的勵磁電抗要小，勵磁電 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，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 勵磁電流的存在，電流互感器的實際電流比與其額 定電流比不相等，這樣在測量電流時造成數(shù)值誤 差。以相對值表示數(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 勵磁電流的存在還會引起一次電流與二次電 流不同相，從而在測量電流時產(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

    對于選定的電流互感器，其誤差僅受二次電流 和負載電阻的影響。負載電阻為定值時，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)字補償原理

    傳統(tǒng)的二次儀表以的測量值，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)的測量誤差。要提高測量精度，只能選用有 較高準確度等級的電流互感器。但對于數(shù)字儀表或 虛擬儀器，借助其強大的數(shù)據(jù)處理功能，用軟件方法 可以很好地補償電流互感器誤差所引起的測量誤 差，這相當于提高了電流互感器的準確度等級。 由式(2)可得(3)如果事先知道或事先測得電流互感器的比誤差，可按式(3)將計算結(jié)果作為的測量值，即可補償電流互感器的比誤差所引起的測量誤差。如果事先知道或事先測得電流互感器的角誤差 6，可采用短數(shù)據(jù)窗移相算法對電流互感器的角誤差引起的測量誤差進行補償。具體方法如下： 首先，按式(4)和式(5)計算出系數(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)字儀表在一個工頻周期內(nèi)的采樣點數(shù) 然后，用移相算法對 即 進行移相。如果二次電流超前一次電流(通常如此)，則按式(6)進行 滯后移相。反之，則按式(7)進行超前移相。 筋(n)=ai2(n)一bi2(n+1) (6) 筋(n)=a/ (n)一bi (n—1) (7) 式中n——表示采樣時刻的離散時間，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，進而消除了電流互感器的角誤差所引起的測量誤差。

    4電流互感器誤差的數(shù)字補償方法

    由于數(shù)字儀表使用單片微型計算機(MCU)或 數(shù)字信號處理器(DSP)，而虛擬儀器使用功能更為 強大的微型計算機，因此，借助其較強的數(shù)據(jù)處理 功能，使用軟件方法可方便地實現(xiàn)電流互感器誤差 的數(shù)字補償。 對于選定的電流互感器，若要進行數(shù)字補償， 應(yīng)在設(shè)備投入運行之前事先做好以下準備工作：

    (1)確定電流互感器的負載電阻的阻值。

    (2)測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)按一定的算法計算出二次電流有效值厶。

    (4)按式(6)或式(7)進行滯后或超前移相運算，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，得到補償后的相位值。數(shù)字補償法看似復雜，但實際上，通過計算機輔 助分析和輔助設(shè)計手段，使電流互感器誤差的數(shù)字 補償法簡單有效、方便易行。數(shù)字儀表或虛擬儀器等數(shù)字設(shè)備進行電流測量 時，不僅電流互感器會出現(xiàn)測量誤差，數(shù)字測量裝置 本身的采樣通道也會引起測量誤差，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 僅對電流互感器的誤差進行數(shù)字補償是不夠的。要提高電流的測量精度，還必須對采樣通道引起的測量誤差進行補償。電流互感器誤差的數(shù)字補償就是采用軟件方法 實現(xiàn)對電流互感器誤差的補償，采樣通道引起的測量誤差也能夠進行數(shù)字補償。所以，對兩種誤差進行綜合數(shù)字補償是可行的。由于電流互感器誤差的數(shù)字補償可以綜合考慮采樣通道的誤差補償，因而比 傳統(tǒng)的電流互感器誤差補償方法更方便。

    5結(jié)束語

    借助于數(shù)字儀表或虛擬儀器的強大數(shù)據(jù)處理功能，完全能夠使用軟件方法實現(xiàn)電流互感器誤差的數(shù)字補償。一方面，數(shù)字補償法可以補償電流互感器的測量誤差，這相當于提高了電流互感器的準確度等級。另一方面，在測量精度一定的情況下，采用數(shù)字補償法可在很大程度上降低對電流互感器準確度等級的要求。此外，電流互感器誤差的數(shù)字補償可以綜合考慮采樣通道的誤差補償，從而提高電流的測量精度。

發(fā)布時間:2012-3-26 訪問次數(shù):4523