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电能计量技术综述 摘要：综述各种电能计量的工作原理和构造，分析比较它们在电能计量中的优缺点和适用范围。根据电网供用电的现状和发展需要，探讨在谐波环境下及瞬时性的暂态信号的电能计量原理。 1.引言 电能表是发电、输电、配电和用电各个环节作为经济核算和节能管理的重要计量工具。随着科技的进步，新材料、新技术和新工艺的不断发展和应用，电能表的工作原理和结构经历了数次更新换代，性能不断优化。 电网迅速扩大和新类型用户()的出现，电能计量面临更严重的用电非线性和随机性。电力市场改革，开展用电需求侧的管理，使得电能计量管理手段日趋多样，要求计量系统的智能化越来越高。考虑到电能计量的准确性，现时的电能表在适用范围上各异，且对谐波信号、非稳态畸变信号等复杂信号条件下的电能计量技术尚未成熟。 下面针对这种情况，回顾传统计量技术的优缺点和适用范围，特别针对非稳态畸变信号下谐波电能的计量技术进行综述分析，总结概括了现有理论方法，提出了实现的策略。 2.基波电能的计量 基波电能的计量主要有①感应式电能表、②机电式电能表、③电子式电能表④智能电能表。 ★感应式电能表 主要结构由驱动元件、转动元件、制动元件、轴承、计度器、调整装置、防潜动装置、表盖、底座和端纽盒等组成。 优点：结构简单耐用，工作可靠，价格低廉，便于批量生产，便于维修。目前感应式电能表还在普遍使用，属主流电表之一。 缺点：准确度较低，适应频率范围窄，功能单一，不便于自动化管理。 感应式电能表是在工频附近很窄的频带范围内设计的，只能计量基波电能和一定频率范围内的谐波电能。随着高次谐波的增加，频响特性曲线衰减严重，因此感应式电能表不能准确反映谐波的总电能，使计量总电能存在较大的误差。 ☆机电式电能表是随着电子技术、电子元件的发展及电力市场对电能计量、运营管理需求的不断提高而出现的一代产品。*有脉冲电能表、*复费率电能表、*预付费电能表等。 这些电能表还是沿用了感应式电能表的测量机构，其数据处理机构则由电子电路或简单微处理元件控制系统实现。这类电能表目标：解决自动抄表、收费等问题。 缺点：但机电式电能表与感应式电能表一样，受其准确度低和频率适应范围窄的限制而无法进一步发展。 长寿命和对运行环境不敏感是感应电能表突出的优点。发达国家的产品中,有的采用高质量的双宝石轴承，乃至磁悬浮轴承结构，大大地提高了电能仪表计量精确度和转动元件的寿命。 ●电子式电能表是适应工业现代化和电能计量管理现代化飞速发展的需要而产生的。它不再使用感应式的机械运动测量机构，而由乘法器完成对电功率的测量。 其基本结构包括：输入级、乘法器、P/f变换器(Potential/frequency，电位/频率变换器。又称V/F变换器，即电压/频率变换器)、计数显示、控制电路和直流电源部分。 优点：准确度高，其中一些还可在很宽的电压、电流和频率范围内使用。微电子技术和信息技术的高速发展，大规模集成电路等的采用，使电子式电能表的使用寿命、准确度和稳定性等技术指标显著改善，功能更广泛。 缺点：电子式电能表对环境、谐波等环境因素较敏感，价格较贵。 特点和发展趋势： 精度长时间不变，不受安装、运输影响等； 宽量程、宽功率因数、灵敏度精确度高和防潜可靠； 可实现集中抄表、多费率、预付费和防窃电等功能； 可预留计量容量扩展功能，保护前期投资。 电子式电能表的频响曲线则比较平坦，可近似地认为没有衰减。所以电子式电能表具有较宽的频率响应范围。当电网电压和电流都发生畸变时，有可能较准确地测量基波和谐波的功率。但目前国内采用的是全能量的计量方式(即基波和谐波的综合功率)，使谐波环境下的电能计量不合理：线性用户受谐波危害，反而被多计量了电能；非线性用户发出谐波，污染了电网，却因为输出谐波而少计量了电能。 ◎智能电能表：计量有功(无功)外，还具有分时、测量需量等两种以上的功能。并能显示、存储和输出数据功能。一般由测量单元和数据处理单元组成。数据处理单元一般由单片机实现，外扩和软件功能强大。近代的智能电能表还带有E/O光电RS232通信接口，能实现网络通信。典型的基波电能计量方法对比见表1。 3.谐波电能的计量 随着电网中非线性负载日益增多，供电系统中谐波电压和电流成分不断增加，导致电压、电流波形发生较大的畸变。谐波影响电能表的准确计量。 目前，对谐波的计量主要有以下几种思路： ①采用综合功率的方式，基于基波型电能表计量包括基波功率、谐波功率在内的综合实际功率； ②采取检测、分离的手段分别计量； ③专用的谐波表进行计量。 采用谐波与基波分离的办法，对谐波电能进行分别单独计量，是一种较为合理的方法。 目前有①基于FFT变换(Fast fourier transform，快速傅里叶变换)的频域分解测量法②虚拟仪器与数据采集板相结合的方法③在线寻零迭代法④不同频带的滤波