LINAX PQ3000通过METAS电能质量分析仪的认证

高质量的电能对于设备和电网平顺运作是必须的。电力的扰动是通过电能质量分析仪来监测的。METAS完成了其第一个针对商业化电能质量分析仪的认证，这是一款由瑞士Camille Bauer公司开发的设备：电能质量分析仪 LINAX PQ3000。。这项新服务是建立在过去这些年发展起来的对于复杂信号的生发、抓取和分析的专业知识基础上的。

Jean-Pierre Braun 和 Charles Ané

从爱迪生和特斯拉对于交直流的分歧开始，电能的输送一直是以交流(AC)的形式来进行。在这样的系统中，电压和电流是50Hz或60Hz的正弦波。这样的选择是根源于产生电力所使用的感应发电机。电流也是正弦的，因为大多数传统的负载，如灯具、加热装置和电动机，主要都是线性负载。

什么是电能质量?

20世纪70年代随着晶闸管和三极管等电力电子设备的出现，发展处理现代控制系统，诸如调光器、电机驱动器等，这些控制系统可显著提高运行效率和灵活性。弊处是这类负载是非线性的，会产生非正弦电流。这导致了电力系统中谐波污染的增加，进而增加系统损耗。在80年代开始普及的计算机和基于微处理器的系统设备对于电力系统中的扰动更加敏感。负载对于扰动的敏感度和发射出的扰动共同构成了电能质量的概念。光伏发电的出现和发展进一步加剧了高频扰动的问题。

1: 电能质量是电网和其中负载顺畅运行的重要因素

电能质量分析仪 标准化

与其它电磁兼容问题一样，必须限制设备电能质量扰动的产生，同时必须降低与电力系统相连的设备对于扰动的敏感度。图2说明了电磁兼容性的基本原则。

2: 电磁兼容原则: 限制电能质量扰动发射的同时降低连接到电力系统中设备的敏感度

对于每种类型扰动的发射和抵抗能力设定限值，从而建立兼容性水平评价体系。兼容性水平需要基于经济性和技术两方面权衡考虑。为了实现标准化，电能质量是对DC~9KHz这一低频范围扰动的描述，频率范围计划延申到150KHz范围。IEC 委员会SC 77A负责这类标准的制定。

除了设定扰动发射和敏感度(抗扰性)的限值外，对于这些扰动的测量方法也必须标准化。在90年代后期之前，一些扰动的测量没有标准化的方法。这导致使用不同制造商生产的设备测量出的结果不一致。现在，一系列标准在电能质量的测量中被普遍采用，大部分电能质量分析仪都符合这些标准。

然而，测量方式的高度标准化并没有实现不同电能质量分析仪的测量结果高度一致。在某些情况下，基于上述测量标准的不同仪器并没有产生可比较的结果。这就要求制定额外的标准来定义仪器级别，并对这些仪器的测量方法进行标准化。

电能质量分析仪 最相关的标准是：

■ IEC 61000-4-30:

Testing and measurement techniques Power quality measurement methods

该标准定义了电能质量分析仪该如何进行上述各种扰动的测量。定义了两个级别的电能质量分析仪: A 和S。前者适用于需要连续测量或需要使用两台及以上仪器进行同步测量的情况，例如电力诉讼。后者对于信号数据处理的要求较低，适用于电能质量评估和调查。

■ IEC 61000-4-15:

Testing and measurement techniques

Flickermeter – Functional and design specifications

该标准定义了如何测量闪变。闪变或许是电能质量测量中最复杂的，它是基于这样一个模型，将60W的白炽灯置于电压波动中，灯光照度的变化引起的人眼主观视觉的变化。

■ IEC 61000-4-7:

Testing and measurement techniques

General guide on harmonics and interharmonics mea- surements and instrumentation, for power supply sys- tems and equipment connected thereto

该标准定义了电力系统中谐波的测量方法。该方法基于FFT分析，并对相邻谐波子值进行grouping，以降低数值波动带来的影响。该方法也用于简谐波的测量。

■ EN 50160:

Voltage characteristics of public distribution systems

该标准规定了低压、中压、高压网络中可接受的各类电能质量扰动限值。实际值是根据上述三种标准测量而得。该标准适用于整个欧洲，且在诉讼中常被引用。

IEC 62586-1: Power quality measurement in power supply sys- tems – Part 1: Power quality instruments

IEC 62586-2: Power quality measurement in power supply sys- tems – Part 2: Functional tests and uncertainty requirements

正是基于这两个标准，METAS执行对电能质量分析仪的认证。

METAS 电能质量相关设施设备

为了进行测试、校验和认证，首先必须要有单相/三相电压和电流波形发生器，并且可以添加各种电能质量扰动。此外，信号源必须能够生成IEC 62586-2标准要求的各种测试模式。并且，所有产生的信号必须可以溯源到SI。测试系统必须采集和存储电能质量分析仪产生的大量数据。实际上，这些仪器以不同的时间间隔，即10个周期、150个周期、10分钟和2小时，以无间隙的方式连续测量扰动。并且，对每一相(电压和电流)都要进行测量。由于当前没有标准来定义这些数据的格式，以此必须为每个仪器编制特定的数据读出表。为了产生波形，三相校准源Fluke 6105A与METAS开发的相量测量单元(PMU)校准源一起使用。前者主要用于与时间没有已知关系的信号，而后者用于UTC同步波形和无法用Fluke校准源生成的测试信号。虽然测试标准并没有严格要求，但是一些干扰对UTC的同步极大地有助于了诸如跌落之类事件的测试。

与普通功率测量相反，电能质量测量不是与参考仪器进行比较，而是与参数已被表征的信号进行比较。6105A校准源的可追溯性是在另一个METAS项目的框架内建立的。6105A校准仪的校准工作非常容易，它提供了一个时钟，其频率是基频的整数倍。这使得使用3458A万用表对波形进行同步采样变得可行。针对每个扰动，用特定的算法对采样值进行处理。图5显示了Fluke校准器的校准设置。

3: 为了产生波形，三相校准源Fluke 6105A与METAS开发的相量测量单元(PMU)校准源联合使用

5: 电能质量测量不是与参考仪器进行比较，而是与参数已被表征的信号进行比较

电能质量分析仪认证流程

图6显示的是Camille Bauer制造的型号为PQ3000的三相(电压和电流)电能质量分析仪，它适用于50Hz和60Hz系统。该仪器是IEC 61000-4-30标准规定的A级电能质量分析仪。当数据通过以太网导出时，可以通过web浏览器直接查看数据和波形。为了数据读取并将之保存到文件中，开发了一种特殊的读出软件，该软件可以同时读出两个仪器的数值。图7显示了完整的测试设置。

6: Camille Bauer PQ3000: 三相(电压和电流) 电能质量分析仪，适用于50Hz 和 60Hz电力系统

7: 依据IEC 62586-2标准，对电能质量分析仪的认证必须通过150多个单独的测试

PQ3000在230V/50Hz和120V/60Hz下均按标准IEC 62586-2进行了认证测试。这意味着对于每一相电压和电流进行了超过150项独立的测试。只有所有测试都成功通过，才会发出标准符合性证书。第三方独立认证是电能质量分析仪用户的十项要求之一。

随着该项目的完成，METAS已经成为少数几个能够完全认证电能质量分析仪的实验室之一。未来的计划包括认证过程的完全自动化，这与几年前完成的计费表的中间认证的自动化类似。这与实验室电能和功率的战略相一致，发展新的测量专业知识，并将其转化为具有成本效益的服务