一種間諧波對電能計(jì)量準(zhǔn)確性影響的分析方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種間諧波對電能計(jì)量準(zhǔn)確性影響的分析方法，對使用全電能計(jì)量方式的電子式電能表，在間諧波存在時(shí)，采用由矩形積分引起的積分誤差進(jìn)行分析，使用間諧波進(jìn)行有功功率計(jì)算。本發(fā)明方法分析結(jié)果表明：間諧波下有功功率的準(zhǔn)確度不僅與采樣率有關(guān)，并且與納入計(jì)算的周期數(shù)有關(guān)。存在一個特征周期數(shù)，使間諧波下的積分誤差為0，而且穩(wěn)定間諧波下有功電能的誤差會隨著時(shí)間的累加而漸趨于0值。
【專利說明】
-種間諧波對電能計(jì)量準(zhǔn)確性影響的分析方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電能計(jì)量領(lǐng)域，設(shè)及=相電能表現(xiàn)場檢驗(yàn)，尤其是一種間諧波對電能 計(jì)量準(zhǔn)確性影響的分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，W電力電子裝置為代表的非線性負(fù)荷在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，如 電氣化鐵路中應(yīng)用的大型整流裝置，煉鋼工業(yè)中普遍使用的電弧爐、社鋼機(jī)等設(shè)備，W及低 壓電器中的家用電器、節(jié)能燈等，運(yùn)些設(shè)備在提高社會生產(chǎn)力、給人民生活帶來便利的同 時(shí)，也因電力電子器件本身的非線性給電網(wǎng)帶來大量諧波，造成電壓、電流的波形崎變，危 害網(wǎng)內(nèi)其它線性設(shè)備的安全、高效運(yùn)行。
[0003] 電網(wǎng)中的間諧波主要來源于變頻器裝置、波動的負(fù)荷W及非線性電感引起的鐵磁 諧振等，除了同樣引起波形崎變，功率因數(shù)下降外，還會引起設(shè)備的振動和噪聲，帶來諸如 閃變等特殊的電能質(zhì)量問題。
[0004] 諧波、間諧波的存在不僅導(dǎo)致電能質(zhì)量下降，對電能計(jì)量的準(zhǔn)確度也會產(chǎn)生影響。 許多學(xué)者將諧波對電能計(jì)量的影響歸咎于諧波的潮流，事實(shí)上，非正弦狀態(tài)下的有功功率 僅在文獻(xiàn)中有明確定義，即無論諧波潮流與基波潮流是否相反，總的能量應(yīng)該是基波能量 與各次諧波能量的代數(shù)和，運(yùn)與目前大多數(shù)電子式電能表制造商使用的全電能計(jì)量方式一 致。全電能計(jì)量方式在線性負(fù)載條件下具有很高的計(jì)量準(zhǔn)確度，但在諧波、間諧波存在條件 下的計(jì)量準(zhǔn)確度需要深入分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)合理、使用方便、安全 可靠、提高效率的間諧波對電能計(jì)量準(zhǔn)確性影響的分析方法。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種間諧波對電能計(jì)量準(zhǔn)確性影響的分析方法，其特征在于:對使用全電能計(jì)量 方式的電子式電能表，在間諧波存在時(shí)，采用由矩形積分引起的積分誤差進(jìn)行分析，方法如 下：
[000引使用間諧波進(jìn)行有功功率計(jì)算，有功功率的理論值為：
[0009]
[0010 ]式中Uim、I Im分別為電壓、電流基波成分的最大值。
[0011] 而且，對于不同次數(shù)的間諧波進(jìn)行分析：
[0012] (1)對于k次間諧波，存在特征周期數(shù)，當(dāng)用于計(jì)算有功功率的樣本周期數(shù)等于特 征周期數(shù)時(shí)，矩形積分引入的積分誤差趨于0,可W忽略；
[0013] 運(yùn)個特征周期數(shù)由下式?jīng)Q定：
[0014] M=m/(2k-int 口 k])
[001引式中m=l ,2,3,......，:Lnt[2k]表示對化取整；
[0016] (2)樣本周期數(shù)不為特征周期數(shù)時(shí)，樣本周期數(shù)越大，誤差越趨近于無窮小。
[0017] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0018] 1、本發(fā)明方法分析結(jié)果表明：間諧波下有功功率的準(zhǔn)確度不僅與采樣率有關(guān)，并 且與納入計(jì)算的周期數(shù)有關(guān)。
[0019] 2、本發(fā)明方法分析結(jié)果表明：存在一個特征周期數(shù)，使間諧波下的積分誤差為0， 而且穩(wěn)定間諧波下有功電能的誤差會隨著時(shí)間的累加而漸趨于0值。
[0020] 3、本發(fā)明提出的分析方法為諧波、間諧波條件下電能表的設(shè)計(jì)提供了一定的理論 依據(jù)，并且為維護(hù)電能計(jì)量的公正合理性提供了一種科學(xué)的分析方法。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為采樣頻率為4khz的矩形積分有功功率誤差隨間諧波次數(shù)變化情況；
[0022] 圖2為采樣頻率為12.8化Z的矩形積分有功功率誤差隨間諧波次數(shù)變化情況；
[0023] 圖3為0.25次間諧波存在時(shí)周期數(shù)與有功功率誤差之間的關(guān)系；
[0024] 圖4為2、3次間諧波存在時(shí)周期數(shù)與有功功率誤差之間的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，W下實(shí)施例只是描述性 的，不是限定性的，不能W此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0026] -種間諧波對電能計(jì)量準(zhǔn)確性影響的分析方法，
[0027] 對使用全電能計(jì)量方式的電子式電能表，在間諧波存在時(shí)，采用由矩形積分引起 的積分誤差進(jìn)行分析，方法如下：
[0028] 使用間諧波進(jìn)行有功功率計(jì)算
[0029] 間諧波的影響較諧波更為復(fù)雜，當(dāng)電壓、電流中含有相同頻率成分的間諧波時(shí)，用 下式表示：
[0030] u(t) =Uimsin(10〇3Tt+目 ut)+Ukmsin(kX 100村+目 Uk)
[0031 ] i(t) = Iimsin(100〇3Tt+目 ii)+Ikmsin 化 X 100村+白 ik)
[00創(chuàng)式中Ulm、Ilm、目ul、目n分別為電壓、電流基波成分的最大值和初始相角;Ukm、Ikm、 0uk、0ik分別為電壓、電流k次間諧波成分的最大值和初始相角。
[0033] 為了簡化分析且使趨勢便于觀察，假設(shè)所有的初始相角都為0,間諧波含量為基波 成本的50%，運(yùn)樣有功功率的理論值為：
[0034]
[0035] 仿真模型分析
[0036] 用Matlab建立理論積分模型和矩形積分模型，仿真比較兩種不同的采樣率4k化、 12.8曲Z下，矩形積分得到的有功功率誤差隨間諧波次數(shù)變化情況，分別如圖I及圖2所示，
[0037]從仿真結(jié)果不難看出：當(dāng)間諧波次數(shù)為0.25X化(n=l，2,3-'）時(shí)，矩形積分的誤 差接近0,可W忽略；
[003引而當(dāng)間諧波次數(shù)為0.25X(2n-l)(n = l，2,3..'）時(shí)，矩形積分引入的誤差較大；
[0039] 對于同次的間諧波，不同采樣率下誤差的變化趨勢相同，高采樣率下誤差的絕對 值比低采樣率時(shí)小得多。
[0040] 間諧波存在時(shí)，單周期平均功率與多周期平均功率相差較大；
[0041] WO. 25次間諧波為例，在采樣率一定的情況下，納入計(jì)算的周期數(shù)與矩形積分誤 差之間的關(guān)系，可通過仿真得到如圖3所示結(jié)果。
[0042] 對于0.25次諧波而言，當(dāng)采樣周期數(shù)為化(n = l，2,3，-'）時(shí)，點(diǎn)積和的誤差極小可 忽略，采樣周期數(shù)為(2n-l)(n=l，2,3-)時(shí)，隨著n的增加誤差呈收斂趨勢，逐漸趨于無窮 小值。用同樣的方法仿真2、3次間諧波的矩形積分有功功率誤差結(jié)果見圖4;
[0043] 當(dāng)采樣周期數(shù)為5n(n=l，2,3'''）時(shí)，點(diǎn)積和的誤差很小可忽略，采樣周期數(shù)為其 他值時(shí)，誤差在(5n-4)-(5n-l)個周期之間呈振蕩趨勢，且隨著n的增加誤差的振蕩幅度逐 漸減小，最終誤差趨于無窮小。
[0044] 同理，對其它次數(shù)的間諧波也進(jìn)行了分析，得到如下規(guī)律：
[0045] (1)對于k次間諧波，存在特征周期數(shù)，當(dāng)用于計(jì)算有功功率的樣本周期數(shù)等于特 征周期數(shù)時(shí)，矩形積分引入的積分誤差趨于0,可W忽略；
[0046] 運(yùn)個特征周期數(shù)由下式?jīng)Q定：
[0047] M=m/(2k-int 口 k])
[004引式中m=l ,2,3,......，:Lnt[2k]表示對化取整。
[0049] (2)樣本周期數(shù)不為特征周期數(shù)時(shí)，樣本周期數(shù)越大，誤差越趨近于無窮小；
[0050] 在采樣率一定的情況下，間諧波存在時(shí)，有功功率的準(zhǔn)確度取決于所用的樣本周 期數(shù)，由于間諧波的次數(shù)難W事先確定，因而無法確知特征周期數(shù)，為了減小誤差必須加長 樣本窗寬度;但電能是時(shí)間上的不斷累加，因而隨著時(shí)間的推進(jìn)，間諧波引起的電能計(jì)量的 誤差會越來越小直至可W忽略。
[0051] 盡管為說明目的公開了本發(fā)明的實(shí)施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可W理 解:在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本發(fā)明的范 圍不局限于實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種間諧波對電能計(jì)量準(zhǔn)確性影響的分析方法，其特征在于:對使用全電能計(jì)量方 式的電子式電能表，在間諧波存在時(shí)，采用由矩形積分引起的積分誤差進(jìn)行分析，方法如 下： 使用間諧波進(jìn)行有功功率計(jì)算，有功功率的理論值為：式中Uim、Iim分別為電壓、電流基波成分的最大值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的間諧波對電能計(jì)量準(zhǔn)確性影響的分析方法，其特征在于:對于 不同次數(shù)的間諧波進(jìn)行分析： (1) 對于k次間諧波，存在特征周期數(shù)，當(dāng)用于計(jì)算有功功率的樣本周期數(shù)等于特征周 期數(shù)時(shí)，矩形積分引入的積分誤差趨于O，可以忽略； 這個特征周期數(shù)由下式?jīng)Q定： M=m/(2k_int[2k]) 式中m= 1，2，3，……，int [2k]表示對2k取整； (2) 樣本周期數(shù)不為特征周期數(shù)時(shí)，樣本周期數(shù)越大，誤差越趨近于無窮小。
【文檔編號】G01R35/04GK106019205SQ201610454813
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】陳彬, 劉洋洋, 楊光, 沈錦昌
【申請人】國網(wǎng)天津市電力公司, 國家電網(wǎng)公司