摘要：在我国快速发展过程中，经济在快速发展，社会在不断进步，为了提高对谐波干扰下的电子式电能表动态计量误差分析性能，提出一种基于固有模态分解的谐波干扰下电子式电能表动态计量误差参量估计模型，建立谐波干扰下的电子式电能表的输出测量信号模型，采用时间间隔均衡采样方法进行计算数据采样，结合连续脉冲响应方法进行谐波干扰滤波，采用连续波谱检测方法进行误差测量，实现对谐波干扰下电子式电能表动态数据的固有模态分解，提取测量信号的谱特征，根据谱特征的偏移性进行误差估计。仿真结果表明，采用该方法进行谐波干扰下电子式电能表动态计量的误差较小，测量精度较高。
关键词：谐波干扰;电子式电能表;动态计量;误差分析
引言
电能是重要的能源，在当今世界的经济体系中占有显著地位，同时电能也是一种特殊的商品。作为电能贸易结算中使用的计量器具，电能表的计量准确与否决定了贸易计算的公平程度。随着电网中非线性负载的大量出现，如变频调速器、冶金化工产业、电气化铁路机车等，使得注入电网的谐波成份越来越多、越来越复杂，造成大部分电测仪表测量不准确，特别是电能计量。电能表按工作原理不同可分为机电式（感应式）电能表和电子式（静止式）电能表，其中机电式电能表由于计量准确性低、使用功能单一等现正逐步淘汰，而电子式电能表获得了广泛使用。因此进行目前在电能计量中普遍使用的电子式电能表在谐波条件下的计量影响试验研究具有重要意义。
1电子式电能表的技术优势
(1)误差特性较为稳定,不像感应式电能表越走越慢。实际运行和加速老化试验都说明了这一特点。电子式电能表的故障能较明显的表露和被发现。(2)电子式电能表内阻小、损耗低,是节能仪表。有助于在已有计量装置中解决互感器过载和二次电压降超标问题,从而提高计量综合精确度。(3)电子式电能表较轻,比感应式电能表节省大量有色和黑色金属,而且安装轻便。(4)使用电子式电能表彻底改革了原来电能量运行,检修的工作流程,革除了洗表的环节。如果故障表按合同规定由生产厂保修保换,则更简化了管理流程,使可集中精力于把好验收校验关,对运行中缺陷故障统计分析以及招标时对各厂产品评定质量,彻底改革了电能表管理使适应电力市场经济要求。(5)电子式电能表能直接输出规范的电能脉冲便于校验和实施远方自动抄读表,便于电力市场发展中对表计扩展功能的实现。(6)技术随生产发展而推陈出新,产品的合理寿命能促进技术进步。我国电科院的检验报告说明我国很多厂家的电子式电能表已能做到10～15a寿命的要求。考虑到现代科技发展速度,这是一个技术设备的合理寿命,符合时代的要求。
2谐波干扰下电子式电能表动态计量误差分析
2.1电子式电能表的动态计量结构分析
为了实现对谐波干扰下电子式电能表动态计量误差分析，首先分析电子式电能表的动态计量总体结构模型，电子式电能表的动态计量系统在发送端进行短时计量脉冲信号发射，采用载波调制方法进行计量脉冲信号的特征分解和离散化处理，采用信号分解和延时估计方法进行误差修正，在电信号区域进行电子式电能表的动态测量和干扰抑制，采用强度调制方法进行电能表的动态计量，在电能输出信道中进行电子式电能脉冲解调，通过直接检测方法进行电能测量，最后通过符号分离方法进行误差补偿，在FFT变换下进行电能表的输出误差调制，实现载波解调和干扰抑制，提高电能表的测试性能。
2.2有功能量与无功能量的计算算法
现在广泛应用的电能计量芯片采用的积分方式是矩形积分,即用数值累加的方式来模拟积分运算。
当功率值在增大时,对功率矩形积分得到的电能值小于实际电能值;而当功率减小时,对功率矩形积分得到的电能值大于实际电能值。由于交流信号是正弦信号,具有周期性,矩形积分在一个周期的计量误差正好可以相互抵消,产生的误差可以忽略。但是动态负荷状态下,其误差往往不能忽略,且误差大小与真实有功功率的波形有密切关系。提高采样频率、改用梯形积分算法能有效的改善计算精度。
2.3试验准备
试验标准设备为FLUKE6145A电能功率标准源，支持四相系统，其能够复现谐波失真、调制谐波、间谐波、闪变和骤升骤降等，电压输出范围为0～1008V，电流为0～21A，具有(66ppm)/年的准确度，电压、电流谐波的输出最多次数可达到100次，尤其是其带有电能校准选件提供支持标准表法和瓦秒法电能校准技术，是目前世界上最先进的谐波源之一。被试样品选择国内具有代表性的电能表制造商XX的三相四线制电子式交流电能表，型号为xxx，规格为220（380）V、1.5（6)A,准确度等级1级。
2.4电子式电能表的输出测量信号模型
在上述对谐波干扰下的电子式电能表的动态计量模型的总体结构分析的基础上，进行电子式电能表的输出测量信号模型构建，采用Nyquist采样，得到谐波干扰下电子式电能表的动态计量输出脉冲响应特征的测试集为X=［X1，X2，…，Xk，…，XN］T，将电子式电能表的计量脉冲信号x(n)分解成若干IMF分量，结合自相关频谱估计方法，得到Fourier变换后的测量信号的联合估计函数为Xk=［xk1，xk2，…，xkm，…，xkM］，在时域或频域中进行电子式电能表动态测量的联合估计，得到对应的线性时频特征输出为:Yk=［yk1，yk2，…，ykj，…，ykJ］(k=1，2，…，N)采用频域描述方法，得到谐波干扰的误差补偿系数^a(N)，将该系数代入滤波器中，结合时域波形分析方法，得到输出的测量信号为y(N)，对谐波频谱S(f)进行N/(N+1)的时间间隔采样，用平滑系数β来替代频率特征量，进行误差测量，采用联合时频分布的特征分解方法，得到电子式电能表的输出测量信号输出模型为:x(t)=［1－cos(2πf(r)st)］［1+Acos(2πfst+β)］cos［2πfmt+Bsin(2πfst+φ)+θ］在时刻t和频点f处进行连续功率谱密度估计，根据电能动态计量脉冲的Wigner－Ville分布进行特征分解，用时间间隔均衡采样方法进行计算数据采样，进行计量误差补偿控制。
结语
在采用电子式电能表进行电能的动态计量中，容易受到谐波干扰，导致计量出现误差，计量精度不好，需要对谐波干扰下电子式电能表动态计量误差进行有效控制，降低测量误差，采用误差补偿控制方法进行误差修正，提高电能表的计量准确性，本文提出一种基于固有模态分解的谐波干扰下电子式电能表动态计量误差参量估计模型，采用时间间隔均衡采样方法进行计算数据采样，结合连续脉冲响应方法进行谐波干扰滤波，实现对谐波干扰下电子式电能表动态数据的固有模态分解和动态计量误差估计。研究得知，本文方法能提高计量精度，降低电能表的计量误差，性能较好。
参考文献
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