电能质量分析仪认证：标准解读与METAS认证流程详解
发布时间：
2025-07-17 11:32
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电能质量分析仪认证：标准解读与METAS认证流程详解
电能质量分析仪的认证
电能质量对于设备和电网的平稳运行至关重要。使用电能质量分析仪对干扰进行监测。METAS最近完成了对Camille Bauer AG 公司在瑞士开发的商用电能质量分析仪的首次认证。这项认证新服务是建立在过去几年积累的复杂信号生成，采集和分析专业知识之上的。
Jean-Pierre Braun and Charles Ané
自托马斯·爱迪生和尼古拉·特斯拉之间的争论以来，电能的输送一直以交流电(AC)的形式提供。在此类系统中，电压和电流波形是正弦波，频率为50Hz 或 60Hz 。这种波形的选择是源于使用了感应电机来发电。电流也是正弦的，因为大多数传统负载(如电灯，加热装置和电机)主要是线性负载。
什么是电能质量？
70年代晶闸管和三端双向可控硅开关等电力电子设备的出现导致了现代控制系统的发展，例如调光器，电机驱动器，这些系统显著提高了效率和灵活性。缺点是这些负载
是非线性的，并且消耗非正弦电流。这导致了电力系统中的谐波污染稳步增加，从而增加了系统损耗。在80年代，计算机和基于微处理器的系统激增，使现代负载对电力系统中存在的扰动更加敏感了。负载敏感度和扰动发射同时发生增加的问题导致了《电能质量》一词的产生。光伏发电的普及进一步加剧了产生更高频率干扰的问题。
1：电能质量是电网及其负载正常运行的重要因素。
2: 电磁兼容的原理 : 必须限制电能质量干扰的发射，同时必须降低连
接到电力系统的设备的敏感性。
标准化
与其他电磁兼容性问题一样，电源质量干扰的发射必须受到限制，同时必须降低连接到电力系统的设备的敏感性。图 2 说明了电磁兼容性的基本原理。
该原则依赖于为每种类型的干扰建立用于协调发射和抗干扰限值的兼容性等级。兼容性等级基于经济和技术的权衡。出于标准化目的，电能质量被视为从DC到9KHz范围内的低频干扰，并正在计划将此范围扩展到 150KHz。IEC委员会 SC 77A 负责制定各种标准。
除了设定发射和敏感性的限值外，还必须标准化各种干扰的测量方法。在90年代后期之前，一些干扰没有标准化的测量方法。 今天，通常使用一套标准来测量电能质量干扰，大多数电能质量分析仪都符合这些标准。
然而，测量方法的严格标准化并没有导致电能质量分析仪的统一实施。在某些情况下，基于上述标准的不同仪器没有产生可比的结果。这迫使制定定义仪器类别和标准化测试方法的附加标准。
电力系统中存在的主要干扰：
大多数相关标准有
IEC 61000-4-30:
测试和测量技术
电能质量测量方法
本标准定义了电能质量分析仪应如何测量前面描述的各种电能质量干扰。标准定义了两种等级的仪器：A和S级。A级用于需要测量连续性或需要两台或多台仪器进行时间同步测量的情况，比如在诉讼的情况下。S级在流程处理方面需求较少，用于调查或电能质量评估。
IEC 61000-4-15:
测试和测量技术
闪变计 – 功能和设计规范
本标准定义了如何测量闪变。闪变可能是最复杂的电能质量测量，它基于一个模型，此模型包括受电压波动影响的 60W白织灯的表现，频带通过人眼的响应以及人类视觉敏感度对光调制的Rashbass模型。
IEC 61000-4-7:
测试和测量技术
谐波和间谐波测量和仪器的一般指南，用于电源系统和设备连接的
本标准指定了电源系统中谐波的测量。此方法基于FFT分析，但使用一种分组方法将相邻的箱子最小化，以最大程度地减少幅值波动的影响。此方法还用于最大程度地减少间谐波测量的遗漏。
EN 50160:
公共配电系统的电压特性
本标准设定了低压，中压和高压网络中电能质量干扰的可接受限值。使用前三个标准中描述的方法测量实际值。本标准在整个欧洲都使用，通常在诉讼中被提及。
以上这些要求需要对相关仪器进行认证。电能质量分析仪的认证现在使用以下标准：
IEC 62586-1: 电源系统中的电能质量测量-第1部分：电能质量仪器
IEC 62586-2: 电源系统中的电能质量测量-第2部分：功能测试和不确定度要求
根据这两个标准，METAS对电能质量分析仪进行了认证。符合这些标准可确保符合电能质量测量标准
METAS 电能质量认证基础设施
为了测试，校准或认证电能质量分析仪，必须能够生成单相或三相电压和电流波形，其中可以添加各种电能质量干扰。此外，源必须有能力生成 IEC 62586-2标准要求的各种测试模型。还有所有生成的信号必须可追溯到SI。测试系统必须采集并存储电能质量分析仪生成的大量数据。实际上，这种仪器在不同的时间间隔内以无间隙方式连续测量干扰，即超过10个周期，150个周期，10分钟和2小时。更重要的是，所有这些测量都在所有相（电压和电流）上进行。由于目前没有标准定义这些数据格式，因此必须为每个特定仪器定制数据读取。为了生成波形，福禄克三相校准器 6105A 与 METAS 开发的相量测量单元 （PMU）校准器结合使用。前者主要用于与时间没有已知关系的信号，而后者用于 UTC 同步波形以及无法使用 Fluke 校准器生成的测试信号。虽然测试标准没有严格要求，但一些干扰与 UTC 的同步极大地促进了下跌等事件的测试。
与普通电能测量相反，电能质量测量不是与参考仪器进行比较，而是与参数已表征的信号进行比较。6105A校准器的可追溯性是在另一个METAS项目的框架内建立的。6105A校准器的校准通过提供频率为基频整数倍的时钟而大大方便。这允许使用3458A万用表对波形进行同步采样。样本由针对每个干扰的特定算法进行处理。图5 显示了福禄克校准器的校准设置。
3: 为了生成波形，福禄克三相校准器 6105A 与 METAS开发的相量测量单元（PMU） 校准器结合使用。
5:电能质量测量不是与参考仪器进行比较，而是与参数已表征的信号进行比较。
电能质量认证过程
图 6 展示了Camille Bauer PQ3000 三相（电压和电流）电能质量分析仪。这款仪器设计用于50Hz和60Hz系统。这款仪器是IEC61000-4-30标准规定的A级电能质量分析仪。仪器可以通过Web浏览器直接配置，同时通过以太网端口导出数据。 开发了一款特殊的数据读出软件，以便将数据提取并保存在文件中。这款软件允许同时读取两台仪器。
图 7展示了完整的测试仪器设置。PQ3000根据IEC 62586-2 标准进行了230 V / 50 Hz 和120 V / 60 Hz 的测试。这代表一套 150多项单独的测试，必须应用在所有相。成功通过所有测试后，将颁发合格证书。电能质量分析仪的用户通常需要独立认证。随着该认证项目的完成，METAS已成为为数不多的能够对电能质量分析仪进行全面认证的实验室之一。未来的计划包括认证过程的完全自动化。这将类似于几年前完成的计量仪表MID认证的自动化。这与Electrical Energy andPower实验室的战略一致，即开发新的测量专业知识并将其转化为具有成本效益的服务。
6: Camille Bauer PQ3000: 三相 (电压和电流) 电能质量分析仪设计用于50 Hz和60 Hz 系统
7:必须通过150多项单独的测试才能根据 IEC 62586-2 标准对电能质量分析仪颁发证书。
METAS 关于电能质量分析仪的服务包含:
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