电流互感器非线性特性分析及对电能计量影响研究

作     者：刘钢 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：付志红

授予年度：2013年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：电流互感器 误差 频率特性 永磁铁 传变特性 电能计量 

摘      要：随着电力系统以及智能电网的大力发展，电能计量被提到了新的高度。电能计量是发电、供电、用电三者之间用电信息结算的手段，其精度直接关系到三者利益，同时也是智能电网发展的关键。现代电能计量系统，由于计量算法的发展，已经很难实现通过计量算法来提高计量精度，而由器件误差带来的计量误差已不可忽略。电能计量系统中器件误差主要集中在电流互感器的误差，已有研究缺少对电流互感器包括频率特性在内的非线性特性的研究，对由电流互感器带来的电能计量误差不明确。 论文以电流互感器的误差理论为基础，对电流互感器的频率特性以及运行工况下外磁场的影响进行了分析，量化了电流互感器非线性特性对电能计量的影响。 首先，基于电流互感器的基本原理对电流互感器的误差理论进行了分析，并研究了非周期分量下电流互感器的相位特性，研究表明随着非周期分量的增加，电流互感器的相位误差随之增加，当达到饱和后，相位误差急速增加，最后进入深度饱和，误差稳定在一个极限水平。 其次，从电流互感器的等效电路出发推导出了频率特性关系式，并以实际使用的微型电流互感器为实例，进行了理论与实验研究，两者结果基本一致：电流互感器在低频时，其传变特性将产生很大的误差，在工频至300Hz的频率范围内，线性度很好，当超过该频率时，误差开始增大。针对频率特性关系式，提出了电流互感器的频率特性改善以及频带拓宽的建议：通过改善铁芯以及二次绕组参数可有效改善频率特性，拓宽频带。在频率特性的基础上，对经过电流互感器后功率误差的频率特性进行了推导分析，分析发现功率误差与幅值误差两者随频率变化的关系相似;同时对某一锻造厂的谐波电能进行了分析，分析结果表明经过电流互感器后，谐波电能明显减小。 再次，针对电流互感器运行中存在外磁场的情况，以永磁铁为场源，分析实际中电流互感器与永磁铁两者的相对位置关系，并推导出了外部恒定磁场对电流互感器传变特性影响的定量关系式，以理论及实验进行了验证，并对电能计量的影响进行了分析，研究结果表明：外部恒定磁场对电流互感器的影响在有恒定交链磁通绕组处与直流偏磁相似，随着外部磁感应强度增加，电流互感器传变误差增大，同时在输出中产生大量谐波，严重影响电能计量的结果。