非平穩畸變信號條件下有功電能計量新方法研究

《非平穩畸變信號條件下有功電能計量新方法研究》是依託哈爾濱理工大學，由張曉冰擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非平穩畸變信號條件下有功電能計量新方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張曉冰
• 依託單位：哈爾濱理工大學

項目摘要

現代電網中，除了平穩的基波和諧波信號之外，還出現了準周期、時變的非平穩畸變信號，由此引發了複雜電網功率潮流的變化，突顯了現有電能計量方式的不準確、不合理。研究非平穩畸變信號條件下電能計量新方法是電能計量領域一個極具理論意義及套用價值的課題。本申請項目採用隨機信號分析、泛函分析及小波分析等方法解決非平穩畸變信號條件下有功電能準確合理計量的問題。建立與實際情況相符的電網信號的泛函級數模型；採用相關函式法進行有功功率潮流分析，確定影響有功電能計量合理性的因素，提出非平穩畸變信號條件下有功電能計量的新方法；研究信號頻率跟蹤算法，為構造緊支撐雙正交小波基提供準確的基波頻率；基於非平穩畸變信號的不同特徵，構造相應的緊支撐雙正交小波基，並研究滿足準確性和實時性要求的自適應小波算法，實現畸變功率及電能的準確高效計量。試製非平穩畸變信號條件下電能計量新方法驗證裝置，驗證所提方法的正確性與實時性。

結題摘要

隨著電網中非線性負載的迅速增加，電能質量日趨惡化，這不僅嚴重影響電網安全高效的運行，而且對經典的電能計量理論、方法和儀表的設計都提出了新的挑戰。現代電網中，除了平穩的基波和諧波信號之外，還出現了準周期、時變、非平穩的畸變信號，進而引發了複雜電網功率潮流的變化，深刻暴露了現有電能計量方式的不準確、不合理性。在國內，經濟越發達地區電網畸變越嚴重，畸變導致了電能計量中大量電量流失。計量技術的提高是合理計費的基礎，研究畸變信號條件下有功電能計量新方法不僅能促進電能計量技術的發展，為研發計量更準確合理的電能表提供理論基礎，而且還能為解決電力部門的重大技術、經濟問題，制定國家用電政策、法規提供理論依據。因此，該項研究不僅具有理論意義，而且具有現實意義和套用價值。 本項目套用wiener-G泛函級數建立了非平穩畸變信號條件下電網信號的數學模型，以電弧爐、半導體整流器件和電力機車三種典型畸變源為例，通過Matlab仿真驗證了所建模型的正確性。採用相關函式法進行了有功功率潮流分析，研究了各功率潮流的物理意義及影響有功功率及電能計量合理性的因素，提出了非平穩畸變信號條件下有功電能計量新方法。鑒於電網中三相不平衡等因素導致的頻率波動及有功電能計量誤差，研究了基於unscented卡爾曼濾波器與加權相位平滑差分法的電網基波信號頻率跟蹤算法，為小波分解算法提供準確的基波頻率。在50Hz存在白噪聲干擾，頻率、幅值及相位同時跳變，頻率緩變三種情況下，頻率跟蹤誤差為10-4 - 10-3 Hz。套用基於信息熵評價指標的多小波變換對諧波性負載和衝擊性負載進行有功功率分解測量，測量準確度比套用Db40小波高一個數量級。試製非畸變信號條件下電能計量方法驗證裝置，針對不同畸變信號的小波分解算法測量準確度為10-4 - 10-3，實時性約2ms，驗證了所提方法的準確性與實時性。