非整周期采样条件下有功电能计量的新算法

非整周期采样条件下,应用FFT算法对信号进行分析时,会产生频谱泄漏,从而使有功电能的计量产生误差。在明确基波有功电能和谐波有功电能的定义,并证明负载所消耗的总有功电能与电压电流信号的频谱之间存在一定关系基础上,提出一种基于谐波子组加窗FFT的有功电能计量新算法。类似于IEC标准中谐波子组的分组方法,对加窗信号的频谱进行分组,并基于加窗前后信号总有功电能保持不变而得到电能恢复系数;同时,应用谐波子组内谱线的参数信息测算出基波有功电能和谐波有功电能值。数值仿真分析和实际应用验证发现,若该新算法配合以Hanning窗进行信号处理,其在测算基波有功电能和谐波有功电能时均具有较高的准确度。     

谐波存在时的改进电能计量方法及应用

为减少谐波存在时的电能计量误差,本文提出一种基于三角自卷积窗的改进谐波电能频域计量算法.首先,采用三角自卷积窗对电压、电流信号进行加权处理,以抑制频谱泄漏和谐波间相互干扰;其次,运用插值FFT算法从频域实现电压、电流信号参数(频率、幅值和相位)的高精度估计值;最后,根据Budeanu给出的谐波电能定义,结合电压、电流信号参数实现谐波电能计量.非同步采样情况下,分别采用典型余弦组合窗(Hanning窗、Blackman-Harris窗与Rife-Vincent窗)和4阶三角自卷积窗进行谐波电能计量的仿真实验结果表明:采用三角自卷积窗函数可克服白噪声和基波频率波动影响,提高了谐波电能计量准确度.本文算法在三相多功能谐波电能表中的应用证明了其有效性和准确性.     

基于dSPACE平台的电能计量实时仿真系统

在发展智能电网的新形势下,急需研究分布式能源、储能装置接入电力系统后对电能计量的影响,充电站和微网等新型负荷的电能计量,以及无功电能计量、冲击负荷计量、谐波线损等新问题.提出基于dSPACE平台构建电能计量实时仿真系统,进行电能表校验、电能计量算法优化设计、误差分析比较、电能质量分析、谐波分析、不同负荷对电能计量的影响和特种谐波源仿真等研究.介绍了电能计量实时仿真系统的基本思想和组成结构,设计了相应的硬件和软件,设计了高精度的全数字锁相环实现对电网频率的精密跟踪锁定,以减小非整周期采样带来的谐波分析误差,其锁定精度达到0.0002 Hz以上.计量仿真实验证明了用该系统开展高级电能计量研究的可行性.     

畸变信号下电能计量方法及硬件系统设计

目前,畸变信号下的电能计量标准还不完善。为了研究畸变信号下电能计量方法,本文建立了电网典型信号数学模型,选用双核构架处理器设计了电能计量实验仪器。设计了信号发生器、信号采集装置、控制单元、双机通信等模块。采用设计的测量仪器对典型畸变信号下的功率进行测量,验证了小波变换分频带功率算法的准确性和同步性。研究表明:采用的计量方法计算精度可达10-3,小波变换分频带功率算法可用于简单谐波与连续谱耦合的畸变信号电能计量。     

全圆连续角度标准装置的系统误差分离与补偿

中国计量科学研究院自主研发了全圆(0°～360°)连续角度标准装置,该标准装置采用四读数头等分平均(EDA)的自校准方法进行硬件补偿,补偿后的测角精度优于0.1″。为了进一步提高该标准装置的测角精度,本文首先基于误差特征从谐波角度推导自校准误差分离算法数学模型,提出利用全组合和EDA混合测量校准的误差分离方法;其次量化分析全组合分离的原始误差与EDA补偿后的全圆离散角位置偏差傅里叶级数各阶次分布,分析EDA补偿后误差的衰减率获得EDA最优补偿函数,并利用傅里叶逆变换法生成(0°～360°)全圆连续角度补偿函数;最后利用激光干涉仪对全圆连续角度标准进行小角度范围内的测角精度验证,同时与中国计量科学研究院的激光小角度基准进行比对验证。实验结果表明该方法利用全组合离线的高精度测量能力,使补偿后的EDA测角精度在全圆连续角度范围内逼近全组合方法,改善了自校准的校准能力及局限性,进一步优化了全圆连续角度标准装置。     

谐波对电能计量影响的研究

基于电力系统实时数字仿真系统(RTDS)平台对谐波的电能计量误差进行仿真实验和实测实验,建立能反映谐波功率含量与其实际误差之间关系的数学模型。引入BP神经网络对该模型进行逼近,利用VC++6.0开发"谐波电能误差计算软件"。     

一种高精度四点式电力信号测频新方法

提出了一种基于预相关处理的四点式频率测量方法.利用预相关运算降低谐波和噪声对电力信号的干扰,然后采用四点式频率估计方法消除传统三点式估计方法在某些时刻误差过大的问题.对不同A/D量化位数、基波初相角、信噪比、采样点数、谐波含量的仿真结果和对不同信噪比和谐波含量的实际测量结果表明该方法能有效地对有谐波干扰的、信噪比较低的信号进行准确地频率测量.在成本敏感的情况下,采用多重相关器,省略信号前置滤波器,避免滤波器带来的附加误差,提高测频精度.     

一种直流数字化电能表的量值溯源方案

直流数字化电能表在电能计量中应用日益广泛,但缺乏专门针对直流数字化电能表量值溯源方案的研究。针对我国缺乏对直流数字电能表量值溯源方案的研究现状,以及现有的交流数字电能表量值溯源方案中存在标准电能计算准确度受采样频率限制、量传误差环节多等问题,提出了一种基于直流数字化标准功率源的直流数字电能表量值溯源方案。该方案在交流数字电能表量值溯源方案的基础上,利用标准数字功率源内置DSP的数字波形拟合与抽取,替代交流溯源方案中的A/D转换;利用DSP高频数字采样积分,替代交流溯源方案中的标准数字电能表。简化了交流数字表的溯源方案,减少量传误差,提高了直流标准电能计算精度,实现了直流数字化电能表的量值溯源,是直流数字化电能表量值溯源的一种新方案。     

基于DFT的电网频率精确计算

频率是电能质量的重要指标,也是评价电力系统运行特性的重要参数之一。频谱泄露和栅栏效应会导致DFT算法在计算相量同步相角时存在误差,且计算误差与频率偏移的大小成正比。传统的DFT频率测量算法在计算系统频率时忽略了该部分的影响,使得频率计算出现较大偏差。在考虑该部分计算误差的基础之上,提出基于DFT的电网频率新算法,该算法在考虑频率偏移时DFT计算相角误差的基础上,利用相隔一个采样周期的相角测量值。通过计算相角差反向求解系统的实际频率,并通过Matlab仿真实验,验证了该算法在频率线性、正弦变化时的计算精度。     

浅析电能计量装置误差产生的原因及减少误差的措施

通过分析谐波对电能计量装置误差的影响,以及通过鲁棒锁相环系统和电能计量装置的比例误差校正方面,分别论述了各自消除由谐波带来的电能计量误差的实现方法。     

考虑电网频率变化率的改进相位差校正法研究

针对电网信号基波频率动态变化时相位差校正法测量结果存在较大误差,甚至可能测量失败的问题,提出了一种考虑频率变化率的改进相位差校正法。指出了非同步采样造成的频谱泄漏是相位差校正法测量误差的主要来源,尤其当基频动态变化导致基波频率偏移较大时,非同步采样使测量精度严重降低。推导了基于频率变化率修正的归一化频率校正量公式,在线测量时,频率变化率用前次与当次测得的基波频率进行差商运算求得,再据此对测量结果进行了修正。分别使用考虑频率变化率的方法和原方法对变频电网信号进行了数值仿真研究。研究结果表明,改进相位差校正法有更高的测量精度,对基波的测量精度提高一个数量级,采样窗长为IEC标准规定窗长的50%,能满足频率动态变化时谐波在线测量的精度与实时性要求。     

数字式多路电能集中计量装置

本文介绍一种以８０ｃ１９６ｋｃ为核心的数字式多路电能集中计量装置。在此装置中利用８０ｃ１９６ｋｃ的ＰＴＳ功能分时对电压、电流信号进行高频率交流采样,然后独立计算电压、电流有效值和功率因数,求积后得到电能。与其他同类装置相比,该装置具有硬件成本低。计量精度高,软件编制容易等优点,易于推广使用。     

基于AVMD与改进能量算子的非稳态谐波分析

针对非稳态谐波分析中时频参数检测精度较低的问题,提出一种基于自适应变分模态分解(AVMD)与改进能量算子的非稳态电力谐波分析方法。首先,采用AVMD对非稳态谐波信号进行分解,其中采用波形特征匹配法对非稳态谐波信号进行延拓以减轻边界效应影响,并提出能量差和相关系数作为AVMD中模态分解个数的判据;结合模态分量,提出改进间隔采样能量算子快速提取谐波的瞬时幅值和频率,根据差分和信号完成其起止时刻的定位,实现非稳态谐波时频参数的快速准确测量。仿真与实测结果表明,本文方法能够在电网工频波动、间谐波以及噪声干扰等情况下有效完成非稳态谐波的准确检测,实现暂态谐波的精确定位,且对非稳态谐波频率、幅值的最大检测误差分别为0.094 9%和0.931 4%。     

关于谐波下电能计量方法的研究

首先从谐波环境下电能计量的基本原理出发，分析了谐波对不同电能表计量的影响，对谐波下电能计算和电能质量分析的方法进行了讨论，设计完成新型基波电能表，以改善电能计量的准确性与合理性。     

基于采样逼近的准同步改进算法研究

准同步算法在和离散傅里叶变换结合求取周期信号的幅值和相位时,由于被测信号频率未知或仅知道被测信号的频率变化范围,在求解傅里叶系数时只能将采样频率作为被测信号频率带入造成傅里叶系数计算产生理论近似,尤其是在求解各次谐波初相角时频偏越大,求解相位误差相应增大。本文首先基于准同步测频差原理求出被测信号的实际频率,重新选取采样点使其逼近整周期采样点数,再将计算频率代入傅立叶变换中的基函数频率,最后迭代求取傅里叶系数。计算结果表明这种基于频率代入并采样逼近的改进准同步算法可以极大地提高准同步谐波算法的准确度。     

无功补偿控制器中数据采集及FFT算法处理

控制器集无功补偿、电度量计量、电能质量监测以及通信于一体，将三相电压、电流信号通过传感器进行转换和信号调理，送入单片机80K196KC中的A／D转换器，通过对信号一个周期内的等间隔采样和将电压、电流作为复序列的实部和虚部对采样数据进行快速傅里叶变换处理(FFT)，对电压、电流信号进行频域分析，从而得到各有关电量参数，实现无功补偿、电度量计量及电能质量监测功能。对谐波分析的基本原理、采样方法和采样数据处理的方法进行了详尽阐述，给出了硬件电路和软件设计方法。而且，对数据进行处理的FFT算法进行了分析。本算法经实际测量表明：精度满足无功补偿、电度量计量及电能质量监测的要求。     

谐波下的电能计量研究及功率因数分析

电力系统中非线性负载通常是谐波源,其正常运行导致电网畸变严重,因而影响了基于正弦电压、电流原理下的感应式电能表的电能计量。在电网存在谐波时,感应式电能表会存在较大计量误差,由于线性负载在吸收基波电能的同时也吸收谐波电能,而非线性负载通常在吸收基波电能的同时还会作为谐波源发出谐波电能污染电网,因此,感应式电能表的计量偏差通常对这两类负载又是极不公允的。该文从理论上对非线性负载的电能计量进行了深入分析,通过电能计量对策研究和仿真分析,讨论了存在非线性负载时供用电计量的公平性和准确性问题,进而提出了电网畸变时基于基谐波分离的电能计量方案。     

基于双窗全相位FFT双谱线校正电力谐波分析

基于快速傅里叶变换的电力谐波分析在非同步采样情况下存在频谱泄露,影响测量精度。为抑制频谱泄露对谐波分析的影响,分析对比了双窗全相位FFT与传统加窗FFT在抑制频谱泄露方面的特点,并通过计算证明了双窗全相位FFT在电力谐波分析中的独特优势。针对全相位频谱分析通常采用的时移相位差法存在计算量大、实时性差及存在相位模糊现象等不足,提出了一种基于双窗全相位FFT双谱线校正的谐波分析算法,利用基波频点附近的两条谱线幅值计算基波频率,进而推导了简洁实用的谐波幅值校正公式。该算法实现方便,且实时性优于相位差法。通过与传统加Hanning窗、Nuttall窗插值FFT的仿真对比验证了新算法具有更高精度,基于该算法的实验结果也验证了算法的有效性。