一种基于工况识别的电气化铁路功率因数计量方法与流程

本发明涉及一种基于工况识别的电气化铁路功率因数计量方法，属于电能表计量领域。

背景技术：

随着交直交型电力机车和动车组快速的推广，新的无功补偿装置的大量应用，电气化铁路的功率因数考核已经出现“扭亏为盈”。

但是西部不发达地区仍存在功率因数低的问题。而且不同计量点功率因数差异非常大。当前功率因数计量方式为整个计量周期内基于有功无功增量计算的单一功率因数，无法定位到产生功率因数低的原因，造成用户对其准确性产生质疑，不能起到有效的引导作用。以贵州某牵引站为例，该牵引站地处山区，制动产生无功非常高，其功率因数相对其它同类型机车及电网环境下的要低很多，仅从电力部门提供的单一功率因数说服用户，使得用户不认可计量数据的正确性，发生纠纷。

西部不发达地区的电气化铁路在支撑西部建设上起着非常关键的作用。一方面由于受经济条件限制及地理条件恶劣，功率因数普遍偏低，长期受功率因数考核罚款的影响，造成恶性循环；另一方面现有功率因数计量数据简单，缺乏针对性，使得优惠政策难以制定。

建立一套能对电气化铁路不同工况进行自动识别计量，产生适合不同应用的功率因数及功率因数分析数据，有利于用户对比实际工况分辨出计量的合理个性，有利于用户通过分析数据有针对性的进行改进，有利于制定有针对性的良性优惠政策。

造成电气化铁路功率因数低的原因有：

1)新建线路及偏远线路，低载运行高压电缆充电无功功率占比大，照成功率因数低。

2)电力机车为交直型输出功率因数低。

3)电力机车制动时输出功率因数低，特别是四川贵州等偏远山区制动产生的影响非常大。

4)照明线路功率因数低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于工况识别的电气化铁路功率因数计量方法，以解决现有技术对电气化铁路功率因数的计量存在的无法定位到产生功率因数低的原因，造成用户对其准确性产生质疑，不能起到有效的引导作用；现有功率因数计量数据简单，缺乏针对性等技术问题。

本发明的技术方案：

一种基于工况识别的电气化铁路功率因数计量方法，它包括：

步骤1、通过过零点识别一个周波，并对周波数据进行电能量计算；

步骤2、计算完电能量后进行工况识别；

步骤3、分别计算各种工况下产生的无功占比、基波无功与希尔伯特无功差异百分比；

步骤4、分别进行分类功率因数计算。

步骤1所述对周波数据进行电能量计算，包括全波有功电能计算、希尔伯特无功电能计算、矢量视在电能计算和有效视在电能计算。

步骤2所述工况识别的方法包括：

步骤2.1、先进行电压电流基波有效值及功率的计算、基波无功电能的计算；

步骤2.2、判断总基波有功功率是否超过阀值；否则执行步骤2.4；是则执行步骤2.3；

步骤2.3、总功率为正时，工况为机车发电状态，新增基波无功电能累加到机车发电无功电能寄存器；总功率为负时，工况为机车用电状态，新增基波无功电能累加到机车用电无功电能寄存器；

步骤2.4、工况为无机车状态，新增基波无功电能累加到无机车无功电能寄存器；

步骤2.5、计算完成返回步骤2.1。

步骤4所述分类功率因数计算包括：计算基于有效视在的功率因数、计算基于矢量视在的功率因数、计算基于矢量视在正向功率因数和计算基于矢量视在反向功率因数。

本发明的有益效果：

本发明通过识别电气化铁路不同工况，并对其产生的功率因数及无功进行分类计算。

本发明通过识别电流波动和功率来识别无机车状态、机车发电状态、机车用电状态，分状态计量无功，计算各种状态无功电量的占比。用户通过各种工况的功率因数和无功占比数据能快速识别出哪一种工况需要改进，无功的组成是否与实际一致，帮助用户改进对应的工况和识别计量的正确性；也可以用于用户对改进效果进行评估。

本发明对比无功采用基波无功可以避免因谐波含量不同和算法不同引起的计量误差，采用基波无功也是从补偿治理的角度出发引导用户改进。

由于不同厂家的无功算法不同，本发明对比基波无功与希尔伯特无功差异，为电力部门评估无功算法带来的差异提供依据。

由于当前电力部门采用的是基于矢量视在的功率因数算法，不能体现因不平衡带来的电网损耗；本发明分别提供基于基于矢量视在和有效视在的功率因数，为电力部门评估用户对电网实际损耗提供依据，为与客户协商提供依据。

由于地理条件造成功率因数低，具有地域特殊性的情况，本发明分别计算基于矢量视在正向功率因数和基于矢量视在反向功率因数，电力部门可以制定基于这两个功率因数的计费机制，能兼容引导功率因数改进同时解决实际矛盾。

本发明解决了现有技术对电气化铁路功率因数的计量存在的无法定位到产生功率因数低的原因，造成用户对其准确性产生质疑，不能起到有效的引导作用；现有功率因数计量数据简单，缺乏针对性等技术问题。

附图说明：

图1是本发明的流程图。

图2是计量模块流程图

图3是分析模块流程图

具体实施方法：

从图1可以看出本发明在具体实施时可分为计量模块和分析模块；计量模块包括实时工况识别和电能量计量两个模块。分析模块有分类无功计量方法和分类功率因数计算方法两个模块。计量模块将实时工况分类计算的电能量传递给分析模块，分析模块进行累加统计计算。

从图2中可以看出计量模块通过过零点识别一个周波，并对周波数据进行电能量计算，包括有：全波有功电能计算、希尔伯特无功电能计算、矢量视在电能计算、有效视在电能计算。

从图2中可以看出计量模块计算完电能量后进行工况识别，其方法是：

步骤2.1、先进行电压电流基波有效值及功率的计算、基波无功电能的计算；

步骤2.2、判断总基波有功功率是否超过阀值；否则执行步骤2.4；是则执行步骤2.3；

步骤2.3、总功率为正时，工况为机车发电状态，新增基波无功电能累加到机车发电无功电能寄存器；总功率为负时，工况为机车用电状态，新增基波无功电能累加到机车用电无功电能寄存器；

步骤2.4、工况为无机车状态，新增基波无功电能累加到无机车无功电能寄存器；

步骤2.5、计算完成返回步骤2.1。

从图3中可以看出分析模块根据结算周期计算分类无功计算和分类功率因数计算。其中分类无功计算包括：计算三种工况下产生的无功占比、计算基波无功与希尔伯特无功差异百分比。其中分类功率因数计算包括：计算基于有效视在的功率因数、计算基于矢量视在的功率因数、计算基于矢量视在正向功率因数计算基于矢量视在反向功率因数。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于工况识别的电气化铁路功率因数计量方法，它包括：步骤1、通过过零点识别一个周波，并对周波数据进行电能量计算；步骤2、计算完电能量后进行工况识别；步骤3、分别计算各种工况下产生的无功占比、基波无功与希尔伯特无功差异百分比；步骤4、分别进行分类功率因数计算；现有技术对电气化铁路功率因数的计量存在的无法定位到产生功率因数低的原因，造成用户对其准确性产生质疑，不能起到有效的引导作用；现有功率因数计量数据简单，缺乏针对性等技术问题。

技术研发人员：李鹏程;赵云斌;杨婧;丁超;冉璐瑶;刘超翔;宋强;苏宇华
受保护的技术使用者：贵州电网有限责任公司
技术研发日：2018.08.08
技术公布日：2019.01.01