谐波与电压波动对电能计量的影响研究

• 作 者: 杨磊
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2017年01期
• 关键词: 非线性负荷 新型电源 谐波 电压波动 电能计量

电能是国民经济和人民生活的主要能源,对国家的发展起着举足轻重的作用。电能计量数据涉及到发电、供电与用电三方经济利益,同时也是许多技术指标计算的重要依据。目前,随着电力电子技术在各工业部门和用电设备的广泛应用,越来越多的非线性负荷和新型电源接入电网,导致谐波的大量注入,并对电网电压的稳定性造成影响。由于电能计量仪表大多基于工频稳态信号设计,电网谐波和电压波动对电能计量造成的误差已不可忽略。因此,本文针对谐波和电压波动条件下电能的准确计量问题,开展了以下研究工作:首先,以分布式光伏作为新型电源的典型,对分布式光伏发电系统进行并网特性分析和模型研究;以变压器、单相串励电动机调速装置和交流电弧炉作为铁磁饱和型、电力电子开关型和电弧炉型非线性负荷代表,分别进行非线性分析并建模。在不同种类负荷模型仿真所得谐波和电压波动特性基础上,对比静止式谐波电能表检测标准、电压波动抗扰度试验标准,结合实际非线性负荷和分布式光伏的采样波形,总结了用于电能计量仿真实验的谐波和电压波动信号表征式。然后,分析电子式电能表的基本结构和工作原理,分别建立了基于时分割乘法器的模拟式电能表,和基于快速傅立叶变换算法的的数字式电能表计量模型;研究时分割乘法器在谐波调制过程的误差系数,快速傅立叶变换在谐波检测过程的误差特性,以及电子式电能表瞬时功率积分窗口在电压波动条件下的误差原理,分别设计了基于谐波误差系数的模拟式电能表谐波计量改进模块,基于快速傅立叶变换和希尔伯特黄变换的数字式电能表谐波计量改进模块,和基于自适应功率积分窗口的电压波动计量改进模块。最后,搭建了模拟式电能表和数字式电能表的改进电能计量模型,将上文总结的谐波和电压波动特征信号输入,进行电能计量仿真实验。考虑基波叠加单次谐波信号、方波信号和尖顶波信号输入,验证了本文所提出的模拟式和数字式电能表计量改进模型在谐波条件下的有效性;考虑电压暂升暂降信号输入,验证了本文所提出的电子式电能表计量改进模型在电压波动条件下的有效性。