一种间谐波对电能计量准确性影响的分析方法
【专利摘要】本发明涉及一种间谐波对电能计量准确性影响的分析方法，对使用全电能计量方式的电子式电能表，在间谐波存在时，采用由矩形积分引起的积分误差进行分析，使用间谐波进行有功功率计算。本发明方法分析结果表明：间谐波下有功功率的准确度不仅与采样率有关，并且与纳入计算的周期数有关。存在一个特征周期数，使间谐波下的积分误差为0，而且稳定间谐波下有功电能的误差会随着时间的累加而渐趋于0值。
【专利说明】
-种间谐波对电能计量准确性影响的分析方法
技术领域
[0001] 本发明属于电能计量领域，设及=相电能表现场检验，尤其是一种间谐波对电能 计量准确性影响的分析方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，W电力电子装置为代表的非线性负荷在电力系统中得到了广泛应用，如 电气化铁路中应用的大型整流装置，炼钢工业中普遍使用的电弧炉、社钢机等设备，W及低 压电器中的家用电器、节能灯等，运些设备在提高社会生产力、给人民生活带来便利的同 时，也因电力电子器件本身的非线性给电网带来大量谐波，造成电压、电流的波形崎变，危 害网内其它线性设备的安全、高效运行。
[0003] 电网中的间谐波主要来源于变频器装置、波动的负荷W及非线性电感引起的铁磁 谐振等，除了同样引起波形崎变，功率因数下降外，还会引起设备的振动和噪声，带来诸如 闪变等特殊的电能质量问题。
[0004] 谐波、间谐波的存在不仅导致电能质量下降，对电能计量的准确度也会产生影响。 许多学者将谐波对电能计量的影响归咎于谐波的潮流，事实上，非正弦状态下的有功功率 仅在文献中有明确定义，即无论谐波潮流与基波潮流是否相反，总的能量应该是基波能量 与各次谐波能量的代数和，运与目前大多数电子式电能表制造商使用的全电能计量方式一 致。全电能计量方式在线性负载条件下具有很高的计量准确度，但在谐波、间谐波存在条件 下的计量准确度需要深入分析。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构合理、使用方便、安全 可靠、提高效率的间谐波对电能计量准确性影响的分析方法。
[0006] 本发明解决其技术问题是采取W下技术方案实现的：
[0007] -种间谐波对电能计量准确性影响的分析方法，其特征在于:对使用全电能计量 方式的电子式电能表，在间谐波存在时，采用由矩形积分引起的积分误差进行分析，方法如 下：
[000引使用间谐波进行有功功率计算，有功功率的理论值为：
[0009]
[0010 ]式中Uim、I Im分别为电压、电流基波成分的最大值。
[0011] 而且，对于不同次数的间谐波进行分析：
[0012] (1)对于k次间谐波，存在特征周期数，当用于计算有功功率的样本周期数等于特 征周期数时，矩形积分引入的积分误差趋于0,可W忽略；
[0013] 运个特征周期数由下式决定：
[0014] M=m/(2k-int 口 k])
[001引式中m=l ,2,3,......，:Lnt[2k]表示对化取整；
[0016] (2)样本周期数不为特征周期数时，样本周期数越大，误差越趋近于无穷小。
[0017] 本发明的优点和积极效果是：
[0018] 1、本发明方法分析结果表明：间谐波下有功功率的准确度不仅与采样率有关，并 且与纳入计算的周期数有关。
[0019] 2、本发明方法分析结果表明：存在一个特征周期数，使间谐波下的积分误差为0， 而且稳定间谐波下有功电能的误差会随着时间的累加而渐趋于0值。
[0020] 3、本发明提出的分析方法为谐波、间谐波条件下电能表的设计提供了一定的理论 依据，并且为维护电能计量的公正合理性提供了一种科学的分析方法。
【附图说明】
[0021 ]图1为采样频率为4khz的矩形积分有功功率误差随间谐波次数变化情况；
[0022] 图2为采样频率为12.8化Z的矩形积分有功功率误差随间谐波次数变化情况；
[0023] 图3为0.25次间谐波存在时周期数与有功功率误差之间的关系；
[0024] 图4为2、3次间谐波存在时周期数与有功功率误差之间的关系。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，W下实施例只是描述性 的，不是限定性的，不能W此限定本发明的保护范围。
[0026] -种间谐波对电能计量准确性影响的分析方法，
[0027] 对使用全电能计量方式的电子式电能表，在间谐波存在时，采用由矩形积分引起 的积分误差进行分析，方法如下：
[0028] 使用间谐波进行有功功率计算
[0029] 间谐波的影响较谐波更为复杂，当电压、电流中含有相同频率成分的间谐波时，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创式中Ulm、Ilm、目ul、目n分别为电压、电流基波成分的最大值和初始相角;Ukm、Ikm、 0uk、0ik分别为电压、电流k次间谐波成分的最大值和初始相角。
[0033] 为了简化分析且使趋势便于观察，假设所有的初始相角都为0,间谐波含量为基波 成本的50%，运样有功功率的理论值为：
[0034]
[0035] 仿真模型分析
[0036] 用Matlab建立理论积分模型和矩形积分模型，仿真比较两种不同的采样率4k化、 12.8曲Z下，矩形积分得到的有功功率误差随间谐波次数变化情况，分别如图I及图2所示，
[0037]从仿真结果不难看出：当间谐波次数为0.25X化(n=l，2,3-'）时，矩形积分的误 差接近0,可W忽略；
[003引而当间谐波次数为0.25X(2n-l)(n = l，2,3..'）时，矩形积分引入的误差较大；
[0039] 对于同次的间谐波，不同采样率下误差的变化趋势相同，高采样率下误差的绝对 值比低采样率时小得多。
[0040] 间谐波存在时，单周期平均功率与多周期平均功率相差较大；
[0041] WO. 25次间谐波为例，在采样率一定的情况下，纳入计算的周期数与矩形积分误 差之间的关系，可通过仿真得到如图3所示结果。
[0042] 对于0.25次谐波而言，当采样周期数为化(n = l，2,3，-'）时，点积和的误差极小可 忽略，采样周期数为(2n-l)(n=l，2,3-)时，随着n的增加误差呈收敛趋势，逐渐趋于无穷 小值。用同样的方法仿真2、3次间谐波的矩形积分有功功率误差结果见图4;
[0043] 当采样周期数为5n(n=l，2,3'''）时，点积和的误差很小可忽略，采样周期数为其 他值时，误差在(5n-4)-(5n-l)个周期之间呈振荡趋势，且随着n的增加误差的振荡幅度逐 渐减小，最终误差趋于无穷小。
[0044] 同理，对其它次数的间谐波也进行了分析，得到如下规律：
[0045] (1)对于k次间谐波，存在特征周期数，当用于计算有功功率的样本周期数等于特 征周期数时，矩形积分引入的积分误差趋于0,可W忽略；
[0046] 运个特征周期数由下式决定：
[0047] M=m/(2k-int 口 k])
[004引式中m=l ,2,3,......，:Lnt[2k]表示对化取整。
[0049] (2)样本周期数不为特征周期数时，样本周期数越大，误差越趋近于无穷小；
[0050] 在采样率一定的情况下，间谐波存在时，有功功率的准确度取决于所用的样本周 期数，由于间谐波的次数难W事先确定，因而无法确知特征周期数，为了减小误差必须加长 样本窗宽度;但电能是时间上的不断累加，因而随着时间的推进，间谐波引起的电能计量的 误差会越来越小直至可W忽略。
[0051] 尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可W理 解:在不脱离本发明的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范 围不局限于实施例和附图所公开的内容。
【主权项】
1. 一种间谐波对电能计量准确性影响的分析方法，其特征在于:对使用全电能计量方 式的电子式电能表，在间谐波存在时，采用由矩形积分引起的积分误差进行分析，方法如 下： 使用间谐波进行有功功率计算，有功功率的理论值为：式中Uim、Iim分别为电压、电流基波成分的最大值。2. 根据权利要求1所述的间谐波对电能计量准确性影响的分析方法，其特征在于:对于 不同次数的间谐波进行分析： (1) 对于k次间谐波，存在特征周期数，当用于计算有功功率的样本周期数等于特征周 期数时，矩形积分引入的积分误差趋于O，可以忽略； 这个特征周期数由下式决定： M=m/(2k_int[2k]) 式中m= 1，2，3，……，int [2k]表示对2k取整； (2) 样本周期数不为特征周期数时，样本周期数越大，误差越趋近于无穷小。
【文档编号】G01R35/04GK106019205SQ201610454813
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】陈彬, 刘洋洋, 杨光, 沈锦昌
【申请人】国网天津市电力公司, 国家电网公司