當(dāng)功率分析儀直接連接被測(cè)回路時(shí)，功率分析儀的精度就是系統(tǒng)精度。
當(dāng)被測(cè)信號(hào)超過(guò)功率分析儀的測(cè)試范圍，必須采用電壓傳感器和/或電流傳感器將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣β史治瞿軌驕y(cè)量的信號(hào)，該信號(hào)再與功率分析儀相連。
這種情況下，電壓傳感器、電流傳感器、傳輸線路及功率分析儀共同構(gòu)成了功率測(cè)試系統(tǒng)。這類功率測(cè)試系統(tǒng)的精度該如何評(píng)估呢？

一影響功率測(cè)試系統(tǒng)精度的主要因數(shù)

下述環(huán)節(jié)都會(huì)影響功率測(cè)試系統(tǒng)的精度：

1電壓傳感器、電流傳感器的比差和角差

比差是指比值誤差，目前各類電壓傳感器和電流傳感器的精度指標(biāo)反映的就是比差。例如：精度為0.2%的電壓傳感器是指其比差在滿量程時(shí)不大于±0.2%。
角差適用于交流信號(hào)，對(duì)于交流信號(hào)，理想電壓傳感器的一次輸入與二次輸出的相位相等。實(shí)際電壓傳感器的一次輸入和二次輸出信號(hào)的相位不可能完全相等，這個(gè)差值就是角差。
角差直接影響功率測(cè)試系統(tǒng)的功率測(cè)量誤差，相同角差時(shí)，功率因數(shù)越低，功率測(cè)量誤差越大。
對(duì)于電壓互感器和電流互感器而言，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)角差進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定，例如：0.2級(jí)的電壓傳感器的在50Hz時(shí)，額定電壓下的角差不超過(guò)10′。
目前大部分變頻電壓傳感器和變頻電流傳感器（如霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器）均未對(duì)角差指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定。這類傳感器用于功率測(cè)量時(shí)，不能簡(jiǎn)單的依據(jù)傳感器和分析儀的精度指標(biāo)判斷測(cè)試系統(tǒng)的功率測(cè)量精度。
詳見(jiàn)“電量傳感器的角差、比差與復(fù)合誤差”

2傳感器與分析儀的阻抗匹配

功率測(cè)試系統(tǒng)中，阻抗匹配主要是指?jìng)鞲衅鞯妮敵鲎杩古c分析儀的輸入阻抗的匹配。
對(duì)于電壓輸出型傳感器（不一定是電壓傳感器），當(dāng)分析儀的輸入阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳感器的輸出阻抗時(shí)，一般認(rèn)為阻抗匹配。
對(duì)于電流輸出型傳感器（不一定是電流傳感器），當(dāng)分析儀的輸入阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳感器的輸出阻抗時(shí)，一般認(rèn)為阻抗匹配。
現(xiàn)在的電子式儀表，通?？梢詽M足上述條件。然而，當(dāng)傳感器為電壓互感器或電流互感器時(shí)，阻抗匹配有其特殊的要求！
《JJG313-2010測(cè)量用電流互感器檢定規(guī)程》和《JJG314-2010測(cè)量用電壓互感器檢定規(guī)程》指出：二次回路阻抗應(yīng)該滿足二次負(fù)荷不低于額定負(fù)荷25%的要求。也就是說(shuō)，分析儀的電壓輸入通道的阻抗不是越大越好，電流輸入通道的阻抗不是越小越好，而是與所用互感器的額定二次負(fù)荷有關(guān)！
目前使用的大部分功率分析儀的輸入阻抗不滿足互感器的二次負(fù)荷匹配要求，對(duì)互感器的精度會(huì)有一定的影響！

3傳感器與分析儀的量程匹配

假設(shè)某功率分析儀的精度為0.05%讀數(shù)+0.05%滿量程。當(dāng)輸入信號(hào)在滿量程附近時(shí)，精度為0.1%讀數(shù)，當(dāng)輸入信號(hào)為滿量程的10%時(shí)，精度為0.55%讀數(shù)。
傳感器與功率分析儀的量程匹配問(wèn)題，對(duì)功率測(cè)試系統(tǒng)的影響很大！
目前多數(shù)功率分析儀的電壓和電流通道均設(shè)置了多個(gè)量程，只要量程選擇合適，可以在較寬的輸入范圍內(nèi)獲取接近儀表的標(biāo)稱精度指標(biāo)。
然而，當(dāng)外部采用傳感器，尤其是霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器等有源傳感器時(shí)，由于有源傳感器的二次輸出信號(hào)一般較小，一般只能有少量的量程甚至沒(méi)有量程可以匹配。
假設(shè)上述功率分析儀包括8個(gè)電壓量程：1000V、600V、300V、150V、100V、50V、30V、15V。
直接測(cè)量時(shí)，可以在7.5V～1000V范圍之內(nèi)可以獲得較高的測(cè)量精度。
而有源傳感器的工作電壓通常為24V或正負(fù)12V左右，其最高輸出電壓在±10V以內(nèi)，最大交流有效值電壓約7V左右。
這樣一來(lái)，對(duì)于功率測(cè)試系統(tǒng)而言，實(shí)際有效的只有一個(gè)量程，功率測(cè)試系統(tǒng)在滿量程時(shí)的精度約0.15%讀數(shù)，當(dāng)輸入信號(hào)為傳感器額定的10%時(shí)，功率測(cè)試系統(tǒng)的精度約為1.05%。

4傳輸線路的損耗

對(duì)于電流信號(hào)傳輸，只要功率測(cè)試系統(tǒng)的阻抗匹配是合理的，傳輸線路無(wú)損耗；
對(duì)于電壓信號(hào)傳輸，當(dāng)線路較長(zhǎng)或信號(hào)頻率較高時(shí)，傳輸線路損耗不容忽視。

5傳輸線路引入的干擾

傳輸線路猶如接受無(wú)線電波的天線，是電磁干擾的重要入侵途徑！電磁干擾對(duì)測(cè)試系統(tǒng)精度的影響程度，主要取決于干擾的信號(hào)的大小和有用信號(hào)的大小，通?？捎眯旁氡葋?lái)表示。
為了抑制傳輸線路引入的干擾，有經(jīng)驗(yàn)的測(cè)試工程師會(huì)對(duì)傳輸線路的材料、形式（如雙絞線、同軸電纜等）、長(zhǎng)度、屏蔽、接地進(jìn)行嚴(yán)格的控制，必要時(shí)，還會(huì)在傳感器端或儀表端增加濾波裝置。值得注意的是，濾波裝置很多時(shí)候可以有效的抑制感染，也會(huì)直接影響功率測(cè)試系統(tǒng)精度。更詳細(xì)的分析請(qǐng)參見(jiàn)“前端數(shù)字化實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電磁環(huán)境下的高精度測(cè)量”

二工頻功率測(cè)試系統(tǒng)精度評(píng)估

第一節(jié)對(duì)影響功率測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)精度的各種因數(shù)進(jìn)行了綜合的分析，本節(jié)結(jié)合實(shí)例對(duì)工頻功率測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)精度進(jìn)行評(píng)估。
工頻功率測(cè)試系統(tǒng)通常由互感器和傳統(tǒng)功率表構(gòu)成。構(gòu)成這類功率測(cè)試系統(tǒng)的互感器和功率表都遵循相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)第一節(jié)中影響功率測(cè)試系統(tǒng)精度的五個(gè)因數(shù)進(jìn)行了全面的考慮。

● 1、互感器有明確的比差和角差指標(biāo)，功率表依據(jù)角差指標(biāo)分為全功率因數(shù)功率表和低功率因數(shù)功率表，系統(tǒng)比差和角差均得以有效控制；
●2、互感器有明確的額定二次負(fù)荷，一般可以依據(jù)功率表的輸入阻抗選擇合適二次負(fù)荷的互感器配套；
●3、互感器的二次輸出有標(biāo)準(zhǔn)值，一般電壓為100V，電流為5A或1A，功率表的量程可以很好的匹配互感器的輸出；
●4、傳輸線路的損耗可以依據(jù)線路阻抗和功率表二次負(fù)荷進(jìn)行較為準(zhǔn)確的評(píng)估；
●5、互感器輸出電壓100V，電流5A，信號(hào)較大，抗干擾能力較強(qiáng)。

假設(shè)電壓互感器、電流互感器、功率表的準(zhǔn)確度均為0.2級(jí)，一般而言，做好上述5個(gè)環(huán)節(jié)后，功率測(cè)試系統(tǒng)的精度可以采用下述三種方式之一進(jìn)行評(píng)估：

1方和根的評(píng)估方式

功率測(cè)試系統(tǒng)精度為：√(0.2^2+0.2^2+0.2^2)=√3×0.2≈0.34%；
FLUKE的NORMA功率分析儀的精度指標(biāo)（注意，是儀表精度不是系統(tǒng)精度）就是采用這種評(píng)價(jià)方式；
這種方式的依據(jù)是將誤差理解為偶然誤差（隨機(jī)誤差）。

2算術(shù)和的評(píng)估方式

功率測(cè)試系統(tǒng)精度為：0.2+0.2+0.2=0.6%；
這種方式的依據(jù)是將誤差理解為系統(tǒng)誤差（注：這里的系統(tǒng)誤差相對(duì)偶然誤差而言，不同于本文講述的功率測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差）。
顯然，該方式比第一種方式更為嚴(yán)格，評(píng)估得到的系統(tǒng)精度較低。

3IEC綜合評(píng)估方式

IEC綜合評(píng)估方式最為嚴(yán)格，基本類似于第二種評(píng)估方式，并在第二種評(píng)估方式的基礎(chǔ)上，增加了0.1%的線路誤差，得到功率測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)精度為0.7%。

功率測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)精度的IEC評(píng)估方式

三變頻功率測(cè)試系統(tǒng)精度評(píng)估

相比工頻功率測(cè)試系統(tǒng)，變頻功率測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)精度評(píng)估要復(fù)雜得多，許多時(shí)候，甚至無(wú)法進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估！原因在于，在變頻功率測(cè)試系統(tǒng)中：

1、電壓傳感器和電流傳感器的角差指標(biāo)未知；
目前，適用變頻電量測(cè)試的電量傳感器主要為霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器、羅氏線圈等等，這類傳感器的技術(shù)指標(biāo)中一般不包含角差指標(biāo)，筆者測(cè)試發(fā)現(xiàn)閉環(huán)式霍爾電流傳感器的角差指標(biāo)較好，而霍爾電壓傳感器和羅氏線圈的角差指標(biāo)角差，例如，6400V的霍爾電壓傳感器LV200-AW/2/6400的角差高達(dá)4°，是0.2級(jí)電壓互感器角差（10′）的24倍！
2、傳感器二次輸出沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，與功率分析儀的量程很難匹配；
3、傳感器輸出信號(hào)小，現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾大，電磁干擾的影響不容忽視。

四如何保障功率測(cè)試系統(tǒng)精度

IEC指出：所有儀表和測(cè)量裝置的誤差都必須進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，未經(jīng)測(cè)量，僅是以其它測(cè)量中計(jì)算出來(lái)的和引用電壓、電流和功率因數(shù)組合的誤差，不能作為評(píng)價(jià)裝置基本誤差的依據(jù)。
也就是說(shuō)，對(duì)于功率測(cè)試系統(tǒng)，尤其是變頻電量傳感器和變頻功率分析儀構(gòu)成的變頻功率測(cè)試系統(tǒng)，系統(tǒng)精度不能依據(jù)傳感器及儀表精度簡(jiǎn)單換算獲取，而是必須將傳感器和儀表構(gòu)成的功率測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行整體溯源（整體校準(zhǔn)），通過(guò)實(shí)際測(cè)試和校準(zhǔn)得到功率測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)精度。

審核編輯 黃宇