CN106772203B - 谐波条件下电表综合误差分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了谐波条件下电表综合误差分析方法，分别计算谐波条件下电表计量方式误差和计量精度误差，从而获得电表的综合误差，误差分析更合理，分析的结果更准确，有利于提出更合理的电能计量方案，使得电表计量更公平合理。

Description

谐波条件下电表综合误差分析方法

技术领域

本发明涉及电力系统计量技术领域，具体涉及谐波条件下电表综合误差分析方法。

背景技术

电能是人类生活中重要的能源，电能供应和消耗的多少需要通过电能计量来实现，电能计量的结果是电能供用双方结算的依据，电能计量的准确性和合理性直接关系到电力供需双方的经济效益。电表是电能计量系统中最关键的一环，作为电能计量的核心部件和基本量具，其计量精度直接关系到电能计量的精度。现有的电表计量方式主要是基波计量和全波计量，但随着越来越多的非线性设备接入电力系统，发出谐波电流并经系统阻抗产生谐波电压，导致电网电流、电压畸变日益严重，从而影响电表计量的准确性。因此，在谐波条件下对电表误差进行分析是电力公司面临的一个重大问题。然而，现有的对于电表在谐波条件下误差的分析方法主要基于电表的计量精度，该方法误差分析不全面，不能很好的反应电表误差的实际情况。

发明内容

本发明解决的技术问题是谐波条件下电表误差分析不准确、不全面的问题，提供谐波条件下电表综合误差分析方法，实现在谐波条件下对电表进行更全面、更合理的综合误差分析。

本发明通过下述技术方案实现：

谐波条件下电表综合误差分析方法，包括下列步骤：

S1、计算电表计量方式误差α；

S2、计算电表计量精度误差β；

S3、计算电表综合误差γ，γ＝α+β。

特别的，在全波、线性负荷的计量方式下，电表计量方式误差α＝P_rh，其中，P_rh为关注的负荷处的实际谐波功率。

特别的，在全波、非线性负荷的计量方式下，若P_rh>0，则电表计量方式误差α＝P_rh，若P_rh<0，则电表计量方式误差α＝2P_rh，其中，P_rh为关注的负荷处的实际谐波功率。

特别的，在基波、线性负荷的计量方式下，电表计量方式误差α＝0。

特别的，在基波、非线性负荷的计量方式下，若P_rh>0，则电表计量方式误差α＝0，若P_rh<0，则电表计量方式误差α＝-P_rh，其中，P_rh为关注的负荷处的实际谐波功率。

特别的，电表计量精度误差β＝P_r-P_m，其中，P_r为关注的负荷处的实际功率，P_m为关注的负荷处的测量功率

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明所述谐波条件下电表综合误差分析方法，能够实现在谐波条件下对电表进行全面、合理、准确的综合误差分析，避免仅基于电表计量精度而未综合考虑计量方式而导致的误差分析不全面、不能真实的反应误差实际情况的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例1提供的谐波条件下电表综合误差分析方法流程图。

图2为本发明实施例1提供的三角波比较型的时分割乘法器原理图。

图3为本发明实施例1提供的时分割乘法器调宽、调频波形图。

图4为本发明实施例1提供的同时存在线性负荷和非线性负荷的单向电路图。

图5为本发明实施例1提供的根据时分割乘法器原理建立的模型仿真图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所述，图1为本发明实施例1提供的谐波条件下电表综合误差分析方法流程图。

所述谐波条件下电表综合误差分析方法包括以下步骤：

S1、计算电表计量方式误差α；

现有的电表在谐波条件下误差分析仅基于电表计量精度，但实际上，电表的计量方式产生的误差也是不能忽略的，对其忽略将使得误差分析不够全面，不能很好的反应实际情况。当前电表计量方式包括全波计量方式和基波计量方式，而计量的负载包括线性负载和非线性负载，本实施例对于不同的计量方式和不同的负载，计算电表计量方式误差的方法不同。

(1)全波计量方式下，对于线性负荷，在系统背景存在谐波的情况下，负荷从系统吸收基波和谐波功率，然而理论上线性负荷只应计量负荷所吸收的基波功率，因此谐波有功功率为其计量方式误差。则全波、线性负荷的计量方式下，电表计量方式误差α＝P_rh，其中，P_rh为关注的负荷处的实际谐波功率。

(2)全波计量方式下，对于非线性负荷，在系统背景存在谐波的情况下，负荷从系统吸收基波功率和由其它非线性负荷发出谐波功率，并会发出一部分谐波功率，此时谐波次数h下，非线性负荷应计量的谐波功率为P_h，值与谐波责任划分有关。近似认为主谐波源承担谐波责任，本发明利用有功功率流向法进行主谐波源定位，方法可描述为：以供电侧到用户侧为正方向的话，若P_rh>0,，则供电侧为主谐波源，反之，若P_rh<0，则用户侧为主谐波源。

若系统侧为主谐波源，则关注点的谐波功率认为主要是由其它非线性负荷发出的，则只计量负荷从系统吸收的基波功率，即非线性负荷应计量的谐波功率为P_h＝0。若用户侧为主谐波源，则关注点的谐波功率认为主要是由此负荷发出的，则应计量负荷从系统吸收的基波功率和发出的谐波功率，即非线性负荷应计量的谐波功率为P_h＝-P_rh。

因此，非线性负荷在背景侧存在谐波的情况下，应该计量的功率满足：

若P_rh>0，

P＝P₁+P_h＝P₁

若P_rh<0，

P＝P₁+P_h＝P₁-P_rh

其中，P为应该计量的功率，P₁为应该计量的基波功率，P_rh为关注的负

荷处的实际谐波功率。对于基波功率，P₁＝P_r1，则

若P_rh>0，

P＝P₁+P_h＝P_r1

若P_rh<0，

P＝P₁+P_h＝P_r1-P_rh

而全波计量方式下非线性负荷的计量功率为此关注点处的基波功率P_r1与谐波功率P_rh之和，因此全波、非线性负荷的计量方式下，

若P_rh>0，电表计量方式误差为：α＝(P_r1+P_rh)-P_r1＝P_rh

若P_rh<0，电表计量方式误差为：α＝(P_r1+P_rh)-(P_r1-P_rh)＝2P_rh

(3)基波计量方式下，对于线性负荷，理论上线性负荷只应计量负荷所吸收的基波功率，而基波计量方式下只计量基波量，则基波、线性负荷的计量方式下，电表计量方式误差α＝0。

(4)基波计量方式下只计量基波量，因此对于非线性负荷的计量方式误差只与此负荷发出的谐波功率有关。

若P_rh>0，电表计量方式误差为：α＝0

若P_rh<0，电表计量方式误差为：α＝P_rh。

S2、计算电表计量精度误差β；

电表的计量精度存在误差，其原因如下：

乘法器是电子式电能表的主要组成部分，也是电能表计量误差的主要来源。目前应用最广泛的为时分割乘法器，时分割乘法器的重要组成部分是脉宽调制电路，其主要型式有：三角波比较型、双电平比较型、节拍方波控制的电压积分型等，以采用三角波比较型时分割乘法器为例说明电表计量原理。如图2所示，图2为本发明实施例1提供的采用三角波比较型时分割乘法器原理图，其中，X、Y为输入信号，X为电压信号，Y为电流信号，T为高频三角型调制信号。输入信号X与调制信号T通过比较器，当X大于T时，比较器输出为高电平，控制开关S接通另一输入信号Y，当X小于T时，比较器输出为低电平，控制开关S接通另一输入信号的反相信号-Y，至此获得幅值为Y的脉冲信号，再利用滤波器进行平滑滤波取直流量获得的功率值即作为电表测量的功率值。

当输入信号X为基波信号时，输入信号X与调制信号T经过比较器后能够得正负宽度与输入信号X幅值成正比的脉冲信号。如图3所示,图3为本发明实施例1提供的时分割乘法器调宽、调频波形图。

电表测量的功率值的计算过程如下：

根据图1的原理图可知，利用输入信号Y进行脉冲幅值调制，得到的信号通过低通滤波器后获得的功率值满足下列公式：

其中，P为电表测量的功率值，EY为输入信号Y的幅值，T1三角波调制信号周期内调制信号T值大于输入信号X值的时间段，反之T2为调制信号T值小于输入信号X值的时间段。

同时，输出信号S的周期T＝T1+T2，

其中，K为调制信号T的三角波斜率，EX、ET分别为输入信号X与调制信号T的幅值。

将调制信号T的三角波斜率K带入T1、T2的计算公式，进一步将T1、T2带入功率P计算公式，求解结果可简化为：

当输入信号X存在高次谐波时，具体为N次谐波，N次谐波信号在一个高频三角波调制信号周期内，相角变化为基波信号的N倍，幅值变化也相应的扩大，当N较大时，这段时间内的幅值变化不可忽略，因此将电表将产生计量精度误差β。

本实施例中电表计量精度误差β由下式计算：

β＝P_r-P_m

式中，P_r为关注的负荷处的实际功率，P_m为关注的负荷处的测量功率。

S3、计算电表综合误差γ，γ＝α+β。

将步骤S1、S2获得的电表计量方式误差α和电表计量精度误差β带入公式γ＝α+β，计算电表综合误差γ。

搭建一个简单电路说明电表在谐波条件下综合误差分析过程。

利用Simulink建立同时存在线性负荷和非线性负荷的单相电路，具体电路结构如图4所示，图4为本发明实施例1提供的同时存在线性负荷和非线性负荷的单向电路图。根据时分割乘法器原理建立模型，如图5所示，图5为本发明实施例1提供的根据时分割乘法器原理建立的模型仿真图，利用图5所示的仿真图模拟电表对图4所示电路进行计量的过程。

设系统存在背景谐波电压，系统基波电压幅值为1kV，而3、5、7次谐波电压分别为基波电压的3％、1％和0.5％。系统阻抗Zu由5Ω的电阻和0.1mH的电感串联组成。线性负载Zl由100Ω的电阻和1mH的电感串联组成。而非线性负载Z2由100Ω的电阻、1mH的电感和二极管串联组成。仿真步长为5us，总时间为5s。时分割乘法器模型中，调制三角波信号频率取为5kHz，即调制系数为100，三角波信号幅值取为2000。

将关注点的电压、电流信号作为图5所示的输入电压、输入电流，仿真获得如表1所示的线性负荷和非线性负荷在关注点处的实际基波、谐波、全波功率。由表1数据可知，在背景侧存在谐波的情况下，线性负荷处谐波功率为正值，全波计量方式下的计量结果大于基波计量方式。而非线性负荷处谐波功率为负值，吸收基波功率的同时，发出一部分谐波功率，使得全波功率小于基波功率。故非线性负荷不仅发出谐波污染电网，同时电表计量值减少，少收了电费，明显有失公平，产生了一定的计量方式误差。

表2为线性、非线性负荷测量基波、谐波、全波功率。由表1可知非线性负荷的谐波功率为负值，所以用户侧为主谐波源。将表1、表2的数据带入电表计量方式误差计算公式和电表计量精度误差计算公式，获得如表3所示的电表计量方式误差数值和如表4所示的电表计量精度误差数值，进一步根据电表综合误差计算公式计算获得如表5所示的电表计量综合误差数值。

表5的数据，即综合误差值是结合考虑电表计量模式、电表计量精度两方面得到的。本实施例中，如果只一味提高电表计量精度，如减小非线性负荷谐波功率误差，则谐波功率计量值增大，进一步会使得计量模式误差增大，从而导致电表计量整体误差并未减小。本发明综合考虑两方面因素使误差分析更合理，有利于提出更合理的电能计量方案，使得计量更公平合理。

表1线性、非线性负荷实际功率值

	线性负荷	非线性负荷
			基波功P<sub>r1</sub>(W)	4327.7	2114.3
谐波功P<sub>rh</sub>(W)	10.4	-45.3
			全波功P<sub>r</sub>(W)	4338.1	2069.0

表2线性、非线性负荷测量功率值

表3线性、非线性负荷计量方式误差值

	线性负荷	非线性负荷
			基波计量误差	0	-45.3
全波计量误差	10.4	-90.6

表4线性、非线性负荷计量精度误差值

	线性负荷	非线性负荷
			基波计量误差	8.1	3.8
谐波计量误差	22.4	23.7
			全波计量误差	30.5	27.5

表5综合误差

本发明的技术方案分别计算谐波条件下电表计量方式误差和计量精度误差，从而获得电表的综合误差，误差分析更合理，分析的结果更准确，有利于提出更合理的电能计量方案，使得电表计量更公平合理。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.谐波条件下电表综合误差分析方法，其特征在于，包括下列步骤：

S1、计算电表计量方式误差α；

S2、计算电表计量精度误差β；

S3、计算电表综合误差γ，γ＝α+β；

在全波、线性负荷的计量方式下，电表计量方式误差α＝P_rh，其中，P_rh为关注的负荷处的实际谐波功率；

在全波、非线性负荷的计量方式下，若P_rh>0，则电表计量方式误差α＝P_rh，若P_rh<0，则电表计量方式误差α＝2P_rh，其中，P_rh为关注的负荷处的实际谐波功率；

在基波、线性负荷的计量方式下，电表计量方式误差α＝0；

在基波、非线性负荷的计量方式下，若P_rh>0，则电表计量方式误差α＝0，若P_rh<0，则电表计量方式误差α＝P_rh，其中，P_rh为关注的负荷处的实际谐波功率。

2.根据权利要求1所述的谐波条件下电表综合误差分析方法，其特征在于，电表计量精度误差β＝P_r-P_m，其中，P_r为关注的负荷处的实际功率，P_m为关注的负荷处的测量功率。