随着非线性负载的增多，电网中的谐波含量明显增大，电流互感器谐波污染问题口益严
重。谐波畸变不仅会损耗变压器和电缆等设备的使用寿命、使保护装置误动、干
扰数据通信等，集成电路还会对电能计量产生很大影响。针对电能计量，相关研究注重于
谐波畸变下电能表计量的准确性和计量方式的改进，电流互感器往往忽略了电能计量装置中
与电能表配合使用的电流互感器所带来的影响。面对实际电网越来越复杂的信号，
基于工频设计的电流互感器面临着极大挑战。针对谐波畸变信号下电流互感器的
传变特性所引起的误差，进而导致对电能计量的影响的yi些相关问题，【电子元件】本文展开
了研究，主要研究内容如下:
shou先，介绍了电流互感器的工作原理，依据其等值电路详细分析了yi、二次
侧各参数间的关系和电流互感器误差产生的原因。利用相量图和电磁关系得到电
流互感器的比值差和相位差表达式，针对影响电流互感器误差的yi些因素做了深
入研究。【电子元件】
第二，对于现有的电流互感器模型进行总结归纳，详细分析各类模型的优缺
点。结合本文研究内容及模型特点，选取了谐波畸变下仿真与实际结果较为接近
的J-A和LUCUS模型，为接下来的研究作了准备工作。
第三，建立了电流互感器在直流分量下的等效分析模型。推导得到了在直流
分量下电流互感器传变误差的计算公式。经计算得知，直流分量对电流互感器的
传变误差影响很大。由基波的有功功率误差量化了直流分量与电能计量之间的关
系。对于提高直流分量下电流互感器的传变性能提出了yi些改善的建议。
第四，为了在异步采样下减少频谱泄漏，采用基于Harming窗的FFT算法，
提高谐波分析的精度。电流互感器对比频率响应方法，提出yi种分析谐波条件下电流互感器
传变特性的新方法，通过仿真对比发现，集成电路频率响应方法所得的结果可能不是实际
可靠的。对谐波条件下影响电流互感器传变特性的yi些因素作了深入研究。【电子元件】
第五，考虑电流互感器非线性影响，电流互感器推导了谐波有功功率误差表达式。研究
表明，电流互感器非线性所产生的相位差可能会谐波有功功率的测量带来的很大
影响，进而影响电能计量。利用PSCAD模拟实际情况工作环境，将电流互感器置
于谐波污染的电路中和对实际录波数据进行仿真分析，脱扣器仿真结果都验证了这yi结
论。
在电能计量中，电流互感器yi般总是与电能表配套使用，但是过往的yi些研
究通常忽略了电流互感器所产生的影响。围绕这个问题，本文对在直流分量和谐
波条件下电流互感器的传变特性做了系统和全面的分析。由电流互感器的非线性
引起的误差可能会给谐波测量带来相当大的误差，从而严重影响了电能计量。
本文的主要工作总结如下:
①介绍电流互感器的工作原理及其等值电路，详细分析yi次、二次各参数间
的关系。利用相量图和电磁关系得到电流互感器的比值差和相位差表达式，针对
影响电流互感器误差的yi些因素做了详细分析，可对电流互感器的研究和设计提
供参考。对现有的电流互感器模型进行分析比较，结合各模型特点选取适合本文
研究的电流互感器模型。
②建立基于J-A理论的电流互感器在直流分量下的等效分析模型，控制器利用谐波
平衡原理推导出了在直流分量下电流互感器传变误差的计算公式。针对某yi具体
算例，计算发现随着直流分量的增大，比值差往负方向增大，相位差往正方向增
大。对基波有功功率误差的计算，量化了直流分量与电能计量之间的关系。在直
流分量较小时，选用磁导率高的铁芯、适当增加二次侧线圈匝数可以提高电流互
感器的传变性能;在直流分量较大时，带气隙的电流互感器相对于闭环铁芯的电
流互感器有较好的传变性能。
③利用基于Harming窗函数的FFT算法，减少了在异步采样的情况下频谱泄
漏，提高谐波分析的精度。利用PSCAD软件中的电流互感器模块，建立本研究所
需的基于lucas电流互感器模型。对比频率响应方法，为了与实际情况更相符，使
得电流互感器yi次电流由基波叠加单次谐波组成，谐波的初相角、幅值可调。在
谐波条件下，改变谐波的初相角、幅值，即改变yi次侧电流的波形可能对电流互
感器的谐波传变误差可能有较大影响;随着二次负荷的增大，电流互感器的谐波
传变误差也大幅度增大。电子元器件仿真结果表明频率响应方法所得结果可能不是实际可靠
的。
④经本文研究表明，非正弦信号下即使精度较高的电流互感器由于铁芯非线
性也会给谐波有功功率带来很大的误差，从而影响电能计量的准确性;目前新型
的电子互感器没有铁芯，不存在磁饱和的问题而且有很好的线性度，是不错的研
究方向。
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