谐波条件下新型数字电能计量装置的研制

电力电子设备等非线性负荷在电网中广泛应用,导致电网受谐波污染日益严重。谐波条件下电能的合理、准确计量成为保证供用电公平性的关键。针对普通电能表全能量计量方式在谐波条件下计量不合理的问题,研制了一种基于自适应陷波滤波器的谐波条件下新型电能计量装置,能够分别计量基波和各次谐波有功功率。实验结果表明,该装置具有较高的计量精度,尤其是在电网频率变化时,仍能准确计量基波和各次谐波有功功率。     

自适应陷波器在非线性负荷电能计量中的应用

传统电能计量手段在非线性负荷条件下存在较大误差;本文根据非线性负荷的功率特性,将基于LMS(Least Mean Square,最小均方)算法的自适应陷波滤波器应用于电能计量领域,提出了一种全新的非线性负荷电能计量实现方案;仿真实验结果表明相对于传统电能计量手段而言,本方案对非线性负荷的计量更加准确与合理.     

基于自适应陷波器的三相有功功率的测量

多种电力电子设备的广泛应用使得电网被谐波严重污染,如何在含谐波情况下准确快速地测量有功功率是一个急需解决的问题。这不仅关系到电网安全稳定运行,也决定着相关费用的核算。本文在瞬时无功功率理论的基础上,提出了基于自适应陷波器的三相有功功率测量方法。采用自适应陷波器对含谐波的三相电压和电流信号进行处理,分别得到基波和谐波的α轴和β轴分量,然后通过瞬时无功功率理论可以得到基波和谐波的有功功率值。仿真结果表明,在系统稳定情况下,该方法能够准确地测量三相系统基波和谐波的有功功率,在频率变化时,检测结果也保持较高的精确度,并且能够快速追踪幅值变化引起的有功功率波动。     

电能计量误差分析与电能计费问题的讨论

在电力市场化的条件下如何计算谐波电能和暂态电能,谐波电能和暂态电能损耗由谁承担,以及这部分损耗采取何种计费标准,都是亟待解决的问题.本文首先分析了瞬时功率的构成,得到有功功率的公式,接着探讨了前置滤波器对电能计量的影响、暂态情况下的电能计量问题和用户类型对电能转换的影响,最后对有功计费提出了一些建议.     

畸变信号条件下有功功率的计量方法分析

给出了畸变信号条件下有功功率的理论分析及推导,讨论了电网信号的小波域表示方法及其重构,并给出了有功功率的计量方法和仿真结果。该方法不仅适用于畸变信号条件下的电能计量,还适用于现有谐波条件下的电能计量,对现有有功功率计量水平的提高有一定的参考价值。     

具有自适应无功和谐波补偿功能的并网逆变器设计

针对电网的污染问题设计了太阳能光伏并网逆变器,实现向电网传递有功功率的同时对电网电流中的无功和谐波分量进行补偿,改善电网质量,使电网电流正弦化。基于自适应陷波滤波器ANF原理,介绍了一种适用于单相电路负载的无功和谐波电流提取的新方法。该方法能较为准确快速地检测出所需信号的幅值、相位和频率等信息,并且在负载变化时保持较快的响应速度。最后,在Matlab/Simulink环境下对该理论进行仿真,验证了该方法的可行性。     

一种适用于VLSI实现的谐波电能计量算法

提出了一种适用于超大规模集成电路(以下简称VLSI)实现的谐波电能计量算法.该算法以电网中能量的分布为出发点,对基波和谐波分量采用了不同的数字滤波处理,并且通过一个前馈控制系统实现了滤波器中心频率对电网频率的跟随,达到了同步采样的效果,解决了在电网频率不准确时快速傅里叶变换(以下简称FFT)频谱泄漏造成的计量误差问题.与用小波包分解实现谐波电能计量的算法相比,该算法需要的滤波器更少,更节省硬件面积,因而更适合VLSI的设计实现.网表级仿真结果表明电网频率在±5%范围内波动时基波有功功率计量误差小于0.1%,各次谐波有功功率计量误差小于1%,完全能满足谐波电能计量的商业要求.集成了该算法的谐波电能计量芯片已投片生产.     

谐波对电能计量的影响及其仿真分析

电能计量是供电企业中极为重要的一环,谐波对电能计量的准确性有着很大的负面影响。本文首先从谐波环境下电能计量的基本原理出发,分析了谐波对不同类型电能表的计量影响;其次通过对一典型谐波源计量的仿真比较,验证了非线性用户谐波有功功率与基波有功功率相反,线性用户谐波有功功率与基波有功功率相同的结果;实测数据的分析结果也说明了这一点。谐波电能也是由基波电能转化而来的,而现行的计量方法是把这部分电能从电网中吸取的基波电能中全部或部分扣除掉,这是一种不合理的计量制度。文中提出了几点建议,指出应根据谐波的具体情况采取不同的应对措施,以改善电能的计量准确性。     

一种改进的瞬时功率算法研究

针对目前电网谐波背景下不同次谐波功率会正负抵消的不合理现象,提出一种改进的瞬时功率理论计算方法。该方法首先将单相电压、电流信号延时构造出三相电压、电流信号,然后通过改变瞬时无功功率理论中p-q坐标系的旋转速度,滤波后得到电压电流中不同频次谐波的信号,最后通过功率转换求得系统的有功功率和无功功率。该方法不仅可以分别对功率进行正反向分别计量,避免电能计量时正反向功率抵消的不合理现象,而且在单相系统和三相系统中均可使用。通过Matlab进行仿真,验证了本文方法的有效性和准确性。     

谐波对电能计量的影响分析

为了确定电力谐波对电能计量的影响程度及寻找消除影响的方法,分析了谐波对电能计量影响的机理,结合电网实际及电网中主要高压非线性负荷特征谐波电流,对谐波有功功率进行了估算;并对电能表进行了谐波功率响应试验加以验证.在公共连接点谐波电压符合电能质量国标的条件下,谐波对线性用户电能计量的影响在电能表的允许误差范围内;三相整流类负荷产生的谐波功率在电能表允许误差范围内;电弧炉负荷在熔化期注入电网的谐波有功功率有可能超过基波电能的1%.电弧炉产生的谐波对电能计量的影响比较大,建议采用基波电能表.     

检测单相系统谐波电流和无功电流的一种新方法

针对单相系统谐波电流和无功电流检测中存在的问题,提出一种新的检测方法:基于瞬时无功功率的虚拟三相法.通过理论分析和仿真实验论证,表明这种算法能有效解决单相系统和三相不平衡系统中谐波电流和无功电流检测中存在的问题,且检测精度高,动态响应快.     

基于时间尺度变换策略的幅频测量用自适应陷波器算法

现有电力信号幅频测量算法在动态条件下的测量精度和响应时间方面还有待改善,为此提出了基于时间尺度变换的自适应陷波器(adaptive notch filter,ANF)算法进行幅频测量。该算法对时间进行尺度变换,得到新时间尺度下的ANF动态方程,能够消除频率参数和滤波器之间的非线性耦合,将状态估计方程等价为线性时不变系统,并进行离散化处理。该算法能够有效消除谐波和噪声干扰,快速准确地测量动态变化的幅值和频率。算例结果验证了该方法的有效性,可满足在线测量的要求。     

基于瞬时无功功率的谐波电压检测法

鉴于谐波电压检测是影响抑制谐波电压源的重要因素,基于这种滤波器的工作原理,根据瞬时无功功率理论提出了谐波电压的瞬时检测方法。运用MATLAB软件仿真该法证明它可快速、准确地检测出电力系统中的谐波。     

基于自适应陷波器单相电路无功功率测量新方法

传统的根据无功功率的定义来计算无功功率的方法难以满足动态无功补偿控制系统中快速响应的要求。提出了基于自适应陷波器的单相电路的无功功率检测新方法。该方法采用自适应陷波器提取出单相电压、电流及它们的90°相位变换值,然后通过单相瞬时无功功率理论计算无功功率。仿真结果表明,在幅值稳定的情况下,该方法能够以较小的误差检测出无功功率;在幅值突变和线性变化的情况下,能够根据电压变化快速追踪无功功率的变化。     

单相电路两种谐波检测方法的研究

针对单相电路的谐波电流检测,研究了两种检测方法,基于快速傅里叶变换FFT（Fast Fourier Transform）的谐波电流检测法和基于瞬时无功功率理论的谐波检测法。理论分析和仿真结果证明,两种方法都能精确地实时地检测出单相电路中的瞬时谐波电流。FFT可以精确地检测任意次谐波的幅值和相位,幅值和相位信息是分离的,但实时性较差。基于瞬时无功功率理论的检测法能够瞬时检测到谐波分量,具有很好的实时性,但是检测结果包括幅值和相位信息,二者不能分离开,同时需要选择适当的截止频率,以兼顾检测精度和动态响应速度。综合考虑检测精度和实时性,基于瞬时无功功率理论的检测方法更有优越性。     

瞬时无功功率理论的谐波检测法及PSCAD／EMTDC仿真

介绍了瞬时无功功率理论的原理及其在电力有源滤波器谐波检测中的应用。利用PSCAD仿真软件,对基于瞬时无功功率理论谐波检测方法进行了仿真研究,并对仿真结果进行了分析。仿真结果表明：瞬时无功功率理论谐波检测方法可以准确、实时地检测出有源滤波器中的谐波电流,可为抑制谐波提供可靠的谐波电流分量。     

适用于电气化铁路的单相注入式混合有源滤波器

提出了一种适用于电气化铁路的新型单相注入式混合有源滤波器。这种新型有源电力滤波器能够补偿一定的无功,注入支路通过添加基波谐振支路的方法大大降低了有源滤波器的容量,克服了电网基波电压对装置的影响。并详细分析了系统的滤波原理,提出了基于卡尔曼增益自调整的改进型动态谐波含量估计方法,能够快速准确的跟踪检测电网谐波电流,并且克服了电力机车等冲击性负荷引起的电网电压畸变对谐波检测精度的影响;提出了基于逆变器两侧能量平衡的电流控制方法使有源部分吸收或释放一定有功或无功功率及产生与注入支路回灌谐波电流相反的抑制电流,然后联合电网谐波电流跟踪控制以获得系统参考信号,保证了直流侧电压的稳定,提高了装置可靠性,增强了系统滤波性能。仿真和实验结果表明这种新型单相注入式混合有源电力滤波器可靠性较高,满足电气化铁路所带电力机车等冲击性负荷的要求,可获得良好的滤波效果。     

基于VMD的谐波检测方法

针对电网谐波检测问题,分析已提出的几种传统的谐波检测方法,首次提出一种基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)的电网谐波检测方法。运用VMD方法将所含谐波的电网信号分解为一系列的本征模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF),然后对分解出的IMF分量采用希尔伯特黄变换(HilbertHuang transform,HHT),获得每一个IMF分量的瞬时频率和瞬时幅值。由于VMD方法能准确的分解出每一个IMF分量,因此所得到的瞬时频率和瞬时幅值达到了很高精度的获取,并且与在经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)所得到IMF分量Hilbert变换进行对比,说明了该方法比传统的Hilbert变换分解能力更强。为验证该方法对电网谐波的检测能力,将VMD算法与传统的瞬时无功功率谐波检测算法运用到实测数据中。仿真和实测数据表明,该方法是检测谐波的有效新方法。     

基于DFT和群组谐波能量回收理论的谐波与间谐波检测算法

采用离散傅里叶变换(DFT)检测含有频率相近的谐波与间谐波的电网信号时,信号的非同步采样会引起频谱泄露和混叠现象,严重影响了检测精度。针对以上问题,提出一种基于DFT和群组谐波能量回收理论的谐波与间谐波检测算法。首先根据DFT对谐波/间谐波的频谱分析结果判别谐波/间谐波分量数。然后基于群组能量回收理论通过频率偏移量自动调整取样窗口的长度,依次对主要谐波/间谐波周围的溃散能量进行迭代收集。最后通过主要谐波/间谐波周围溃散总能量值将其幅值与频率恢复为原貌,即可得到各分量幅值和频率的精确值。Matlab仿真算例表明,该算法能有效减小因频谱泄露而引起的测量误差,准确测量出邻近谐波与间谐波分量的幅值和频率。