基于测量不确定度理论的电能计量装置整体误差性能评估与控制研究.pdf

第6 0 卷第6 期2023年6 月15日电测与仪 表Electrical Measurement&InstrumentationVol.60 No.6Jun.15,2023基于测量不确定度理论的电能计量装置整体误差性能评估与控制研究何培东,张扬帆,黎小军,邓舒予,王欢,刘刚1（1.国网四川省电力公司计量中心，成都6 10 0 45；2.中国电力科学研究院有限公司武汉分院，武汉43 0 0 7 4）摘要：电能计量装置的准确性关系贸易结算的公平公正、电网运行的经济安全。现有相关技术标准规定了电能表、互感器的误差控制要求，但对由电能表、互感器及其回路组成的电能计量装置的综合误差性能指标，尚缺乏准确量化的定义。文中以测量不确定度理论为基础，论述了不同典型条件下电能计量装置的各标准不确定度分量、合成标准不确定度以及整体扩展不确定度的计算评定方法与允许综合误差限值的确定方法，为电能计量装置综合误差性能评估，以及电能表、互感器装出前的优化组合选配提供技术依据与方法。关键词：电能计量装置；整体测量不确定度；综合误差；典型条件D0I:10.19753/j.issn1001-1390.2023.06.026中图分类号：TM933Research on overall error performance evaluation and control of electric energymetering device based on measurement uncertainty theoryHe Peidong,Zhang Yangfan,Li Xiaojun,Deng Shuyu,Wang Huan,Liu Gang(1.Metering Center,State Grid Sichuan Electric Power Company,Chengdu 610045,China.2.Wuhan Branch,China Electric Power Research Institute,Wuhan 430074,China)Abstract:The accuracy of electric energy metering devices is related to the fairness and justice of the trade settlement andthe economic security of power grid operation.Published relevant technical standards have specified the error control re-quirements of electricity meters and transformers,while there is still a lack of accurate and quantitative definition of thecomprehensive error performance index for the electric energy metering devices composed of electricity meters,transform-ers and their circuits.Based on the measurement uncertainty theory,this paper discusses the calculation and evaluationmethods of standard uncertainty component,combined standard uncertainty,and the overall expanded uncertainty of elec-tric energy metering devices under different typical conditions and the determination methods of the allowable comprehen-sive error limit,which provides technical basis and method for the comprehensive error performance evaluation of electricenergy metering device,as well as the optimal combination and selection of electricity meters and transformers before theyare installed.Keywords:electric energy metering device,overall measurement uncertainty,comprehensive error,typical conditions0引言电能计量装置（简称计量装置）是发、供、用电各方公平公正贸易结算及电网经济技术指标核算的依据，其准确性至关重要 1-4。计量装置典型组成包括：电能表、各相电压互感器基金项目：国家电网公司总部科技项目（57 0 0-2 0 2 2 2 7 2 2 6 A-1-1-ZN）一18 0 一文献标识码：B文章编号：10 0 1-13 9 0(2 0 2 3)0 6-0 18 0-0 8（T V）、各相电流互感器（TA）及其一次、二次回路以及其他辅助设备 5-10 。JG596-2012电子式交流电能表、JJG313-2010测量用电流互感器检定规程、JJG314-2010测量用电压互感器检定规程、DL/T1485-2015三相智能电能表技术规范、DL/T448-2016电能计量装置技术管理规程等技术标准，对电能表、互感器的误差控制要求已有明确的规定 1-15。但对由电第6 0 卷第6 期2023年6 月15日能表、TV和TA组成的计量装置的各不确定度来源、测量模型、各标准不确定度与整体不确定度的计算评定及综合误差的控制范围，尚缺乏准确量化的定义。GB/T16934-2013电能计量柜对计量装置综合误差有相关规定，但对每一类计量装置只规定了唯一的综合误差限值，未考虑负载平衡特性、不同接线方式及负载功率因数等因素对综合误差的非线性影响，且未完整定义综合误差限的具体计算方法与确定依据15-1以一套I类三相四线计量装置为例：电能表、TV、T A 按DL/T448-2016规定均配置为0.2 级 15,TV二次回路电压降（简称压降）小于0.2%。在三相负载平衡、负载二次电流10 0%TA额定电流（ITAn）下，其综合误差在cosp=1时的极限可能区间为-0.8+0.6（%），在cos=0.5L时的极限可能区间为-2.2+2（%）。因此，十分必要准确量化地定义计量装置测量不确定度计算评定方法以及综合误差控制范围，以科学评价与控制电能计量装置整体计量性能。JF1059.1-2012测量不确定度评定与表示适用于各种准确度等级的测量领域 17 。文中依据JJF1059.1-2012提供的通用方法，分析计量装置测量不确定度来源，定义测量数学模型，论述各标准不确定度分量、合成标准不确定度、整体扩展不确定度的计算评定方法与允许综合误差限值的确定方法。1计量装置测量不确定度来源分析根据计量装置工作原理及典型组成，计量装置测量不确定度的来源有：电能表误差、各相TV与TA误差、TV二次回路电压降等 3-8 ,其测量不确定度作B类评定。运行计量装置的测量结果是电能表上的抄见电量，它具备与一般测量结果不同的特点：既不是单次测量所得，也不是有限测量次数的平均值，而是连续测量的累计电能量。相当于是对被测量进行独立重复的无穷多次(n=）测量,其相对误差是无穷多次测得值的平均值,则其测量重复性引人的标准不确定度无穷小，因此计量装置测量不确定度可不作A类评定。计量装置在运行过程中，电压、电流的幅值、相位、频率、波形等电力负载参量，以及电磁场、大气压力、温度、湿度等环境参量的变化，将对其运行误差产生影响 1 。文中假定这些参量的变化范围,均符合相关技术标准规定的保证电能表、TV及TA运行在允许误差范围内的工作条件,则这些影响量已包含在电能表误差与各相TV、T A 误差引人的不确定度来源之中,无需单独作为不确定度来源进行评定。如实际运行工况已有参量超出规定工作条件，则应作为不确定度来源进行评定。电测与仪表Electrical Measurement&Instrumentation2计量装置测量数学模型2.1不同计量装置的功率(1)单相计量装置：P单=Ulcos（2）三相四线计量装置：P=UAlAcosPA+UplgcosPB+Uclccosc（3）三相三线计量装置：P=UablAcos(A+30)+Ucnlccos(Pc-30)(3)2.2计量装置综合误差组成计量装置综合误差及电能表、TV、T A 误差、压降，通常均用相对误差表示。(1)电能表误差8 w;(2)各相TV比差fu、相差Su引起的电能计量误差8 u;(3)各相TA比差fi、相差S,引起的电能计量误差8;（4)各相压降比差fp、相差8,引起的电能计量误差8DO2.3计量装置综合误差计算为便于计算评定相对不确定度,将各相fufifp、Su、8 1、8 p 代人式（1）式(3）推导出计量装置综合误差(%)表达式 7 8 ;(1)单相计量装置：8单（%P单(8-8u-8,)三相计量装置仅有或假定为单相运行时也使用公式(4);（2）假定三相四线计量装置三相负载平衡：AP四四(%)=P四(%)=3w+Cfux+fu+fuc+fiA+fin+fic+foA+fo+foc)+Ttan(SIA+OiB+Oic-324OuA-OuB-Ouc-ODA-ODB-ODc)（3）假定三相三线计量装置三相负载平衡：AP8=(%)(%)=8w+tang(fic+fic+fic)-1fA）+22/3TDA-IA)+(216/3文中默认三相三线计量装置为两台TV、V/v 型接一 18 1 一Vol.60 No.6Jun.15,2023(1)(2)108(4)(5)1taneJUA+fiA+22/3Ttang)(ouA+216/3216tane(Suc.+ODc-Oc)216(6)第6 0 卷第6 期2023年6 月15日线。对于三台TV、Y/y 接线的三相三线计量装置，以及3/2 断路器接线的三相四线计量装置等其他接线方式的计量装置，其8（%）表达式可按电工基础理论与数学方法同理推导。3计量装置测量不确定度推导计算3.1评定各标准不确定度分量根据相关规程规定的电能表、TV、T A 相应负载点的误差限及压降上限确定各不确定度分量,按u（）=a/k计算,其中为被测量可能值区间半宽度,k为置信因子。对于电能表、TV、T A 误差引人的不确定度分量，通常取国家检定规程规定的电能表、TV、T A 误差限绝对值 115。根据DL/T1485-2015对电能表首检误差控制的规定 14，以及其他行业标准、企业标准、相关计量技术机构对电能表、TV与TA首检误差的实际控制要求与检定数据统计结果等，也可选取国家检定规程规定的电能表、TV、T A 误差限的6 0%。对于压降引人的不确定度分量，按DL/T448规定 13 ,压降幅值应低于额定二次电压的0.2%。由压降幅值表达式U（%）=f+（0.0 2 9 18,）可知：当8 p=0，f,可能的最大值为-0.2%；当fp=0，8,可能的最大值为-7 或+7 。虽然f、8,最大值不会同时出现，否则压降将超过DL/T448-2016规定，且f,通常不会出现正值,只分布在期望值0 的单侧,呈不对称分布,即f=0-0.2（%）。但从最不利角度考虑压降不确定度分量，取f,最大值的绝对值0.2%、8,最大值的绝对值7 。按JJF1059.1-2012规定 17 ，电能表、TV、T A 误差及压降均按均匀分布,取置信因子k=V,则各不确定度分