CN113030540B - 一种分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法 - Google Patents

一种分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113030540B
CN113030540B CN202110224699.XA CN202110224699A CN113030540B CN 113030540 B CN113030540 B CN 113030540B CN 202110224699 A CN202110224699 A CN 202110224699A CN 113030540 B CN113030540 B CN 113030540B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electric energy
sampling
harmonic
current
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110224699.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN113030540A (zh
Inventor
王辉
沈明保
蔡瑞林
曾亮柏
孙梅迪
司羽飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan University
Original Assignee
Hunan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan University filed Critical Hunan University
Priority to CN202110224699.XA priority Critical patent/CN113030540B/zh
Publication of CN113030540A publication Critical patent/CN113030540A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113030540B publication Critical patent/CN113030540B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R11/00—Electromechanical arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. of consumption
    • G01R11/02—Constructional details
    • G01R11/17—Compensating for errors; Adjusting or regulating means therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R11/00—Electromechanical arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. of consumption
    • G01R11/48—Meters specially adapted for measuring real or reactive components; Meters specially adapted for measuring apparent energy
    • G01R11/50—Meters specially adapted for measuring real or reactive components; Meters specially adapted for measuring apparent energy for measuring real component
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R11/00—Electromechanical arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. of consumption
    • G01R11/48—Meters specially adapted for measuring real or reactive components; Meters specially adapted for measuring apparent energy
    • G01R11/52—Meters specially adapted for measuring real or reactive components; Meters specially adapted for measuring apparent energy for measuring reactive component
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R11/00—Electromechanical arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. of consumption
    • G01R11/48—Meters specially adapted for measuring real or reactive components; Meters specially adapted for measuring apparent energy
    • G01R11/54—Meters specially adapted for measuring real or reactive components; Meters specially adapted for measuring apparent energy for measuring simultaneously at least two of the following three variables: real component, reactive component, apparent energy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R22/00—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters
    • G01R22/06—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters by electronic methods
    • G01R22/10—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters by electronic methods using digital techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
    • G01R23/163—Spectrum analysis; Fourier analysis adapted for measuring in circuits having distributed constants

Abstract

本发明公开了一种分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法，本发明包括按照指定的采样频率采集获得电压序列、电流序列；分别对电压序列、电流序列进行采样加窗和离散傅立叶变换，转换得到电压、电流的频域复数值；对原始的电压序列、电流序列以及采样加窗后所得的电压序列、电流序列分别进行离散积分获得初始电能恢复系数并进行修正；利用分组的方式对基波电能、谐波电能进行电能计量；以电能计量结果的正负判定其对应的电能传输方向，并归纳到对应的电能传输方向，得到对应电能传输方向的电能计量结果。本发明能够实现分布式新能源并网的基电能双向计量，具有计量精确度高、计算简单方便、实时性强的优点。

Description

一种分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法
技术领域
本发明涉及分布式新能源并网计量技术，具体涉及一种分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法。
背景技术
分布式新能源(例如光伏电站等)由于发出的电有富余时，输送给电网的电能需要准确计量；在光伏发电不能满足用户需求时使用电网的电能也需要准确计量，因此需要进行电能双向计量。现有的电能双向计量方式大部分采用多点计量，使用不方便，已有的单点计量方式，一部分是采用电子式，通过模拟多路分离器实现对模拟信号的控制，再采用集成电路完成有功双向计量，其精度不高，且不易实现功能扩展，另一部分虽采用数字式测量，但其普遍采用的算法是FFT，且对于非同步采样的栅栏效应和频谱泄露，主要是通过加窗频域插值法来消除误差获得较准确参数后，再去通过所获得的相位角来判断功率方向，来实现双向计量，此方法需要巨大的计算量，且占用绝大部分的处理器资源，对实时性产生很大的影响，本发明采用加Hamming窗FFT获得其频域内的信号并降低了部分由于电网频率波动造成的非同步样带来的栅栏效应和频谱泄露影响，同时引入电能恢复系数来使加窗变换前后总电能相等，且并用变换后信号自带相角信息的复数形式，采用分组的形式计量来获得带有传输方向信息的各次有功电能，并对传输方向不同的电能分别计量，同时对第二次时间窗得到的电能恢复系数与上一次的电能恢复系数进行对比，在不超过误差系数的情况下，默认信号未发生突变，根据所获得的基波电能和谐波电能与总电能的占比关系，在线对电能恢复系数进行修正后进行电能计量，在没有降低准确度的情况下，大大降低了计算量且具有较高的实用性。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法，本发明能够实现分布式新能源并网的基电能双向计量，具有计量精确度高、计算简单方便、实时性强的优点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法，包括：
1)按照指定的采样频率采集电压信号和电流信号获得电压序列、电流序列；
2)分别对电压序列、电流序列进行采样加窗，对采样加窗后所得的电压序列、电流序列的离散傅立叶变换，并分别转换得到电压的频域复数值和电流的频域复数值；对原始的电压序列、电流序列以及采样加窗后所得的电压序列、电流序列分别进行离散积分获得当前的总电能恢复系数cw，若当前的总电能恢复系数cw、上一次的总电能恢复系数cw′之差的绝对值小于预设阈值ε，则分别对基波的电能恢复系数c1和谐波的电能恢复系数cH进行修正，否则将当前的总电能恢复系数cw分别作为基波的电能恢复系数c1和谐波的电能恢复系数cH；
3)利用分组的方式基于基波的电能恢复系数c1和谐波的电能恢复系数cH对基波电能、谐波电能进行电能计量；
4)根据四象限功率理论，以电能计量结果的正负判定其对应的电能传输方向，并归纳到对应的电能传输方向，从而得到对应电能传输方向的电能计量结果。
可选地，步骤2)中分别对电压序列、电流序列进行采样加窗的函数表达式如下式所示：
uw(n)＝u(n)·w(n)
iw(n)＝i(n)·w(n)
上式中，uw(n)为采样加窗后所得的电压序列，u(n)为采样得到的电压序列，w(n)为对应窗函数的序列，iw(n)为采样加窗后所得的电流序列，i(n)为采样得到的电流序列。
可选地，对应窗函数的序列w(n)的函数表达式如下式所示：
w(n)＝0.54-0.46cos(2πn/N)
上式中，n为采样数据点的序号，n＝0,1,2,……,N-1，N为采样数据点的数量。
可选地，步骤2)中对采样加窗后所得的电压序列、电流序列的离散傅立叶变换的函数表达式如下式所示：
Figure BDA0002956726810000021
Figure BDA0002956726810000022
上式中，Uw(k)为采样加窗后的电压序列的离散傅立叶变换结果，Iw(k)为采样加窗后的电流序列的离散傅立叶变换结果，k为频谱线的序号，iw(n)为采样加窗后所得的电压序列，uw(n)为采样加窗后所得的电压序列，n为采样数据点的序号，n＝0,1,2,……,N-1，N为采样数据点的数量。
可选地，步骤2)中当前的总电能恢复系数cw的计算函数表达式如下式所示：
Figure BDA0002956726810000023
上式中，N为采样数据点的数量，u(n)为采样得到的电压序列，i(n)为采样得到的电压序列，ts为采样的时间间隔。
可选地，步骤2)中分别对基波的电能恢复系数c1和谐波的电能恢复系数cH进行修正的计算函数表达式如下式所示：
Figure BDA0002956726810000031
Figure BDA0002956726810000032
上式中，c1为基波电能恢复系数，cH为谐波电能恢复系数，W1为基波实际电能，W为实际总的电能，WH为谐波实际总电能，cw为当前的总电能恢复系数。
可选地，步骤3)中基波电能、谐波电能的计算函数表达式如下式所示：
Figure BDA0002956726810000033
Figure BDA0002956726810000034
上式中，W1为基波电能，c1为基波电能恢复系数，t0为采样的起始时间，t为采样的截止时间，N为采样数据点的数量，λ为标准基波50Hz在加窗信号傅里叶变换去直流分量后频谱中的序号，λ＝50N/fs，fs为采样频率，Uwr(λ+m)和Uwi(λ+m)分别为电压的频域复数值在λ+m谱线处的实部与虚部，Iwr(λ+m)和Iwi(λ+m)分别为电流的频域复数值在λ+m谱线处的实部与虚部，m为主频谱的左右次频谱线变量；Wh为第h次的谐波电能，cH为谐波电能恢复系数，Uwr(λh+m)和Uwi(λh+m)分别为电压的频域复数值在λh+m谱线处的实部与虚部，Iwr(λh+m)和Iwi(λh+m)分别为电流的频域复数值在λh+m谱线处的实部与虚部。
可选地，步骤1)中指定的采样频率为10.24kHz。
此外，本实施例还提供一种分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量系统，包括计算机设备，该计算机设备被编程或配置以执行前述分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法的步骤。
此外，本实施例还提供一种分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量系统，包括计算机设备，该计算机设备的存储器中存储有被编程或配置以执行前述分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法的计算机程序。
此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行前述分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法的计算机程序。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：
1、现有的方法主要是通过加窗频域插值来解决非同步采样带来的栅栏效应和频谱泄漏，其计算量巨大，占用绝大部分的处理器资源，对实时性产生很大的影响。针对这一缺点，本发明虽也采用加窗FFT，但不需对其进行庞大的计算来修正误差，而是根据加窗消除一部分影响，另一部分误差则是根据频谱泄漏以左右辐射递减的方式，采用分组的方式将影响最大的左右谱线进行计量，从而降低电能的误差。
2、现有方法的计量思路主要是现将电压、电流的幅值、频率、相角参数都进行测量修正后再去根据相角差来判别功率方向，从而实现双向电能计量，本文是通过加窗傅里叶变换后进行简单的处理，通过频域内参数复数形式所蕴含的相角关系，以及其实部虚部的正交性便可得到计量较为准确的双向电能参数，更加简单，实时性强。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
图2为本发明实施例中的系统拓扑结构示意图。
图3为本发明实施例四象限功率测量示意图。
图4为本发明实施例电压电流频域复数形式矢量图。
具体实施方式
下文将以光伏发电站作为分布式新能源并网的实例，对本发明分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法进行进一步的详细说明。毫无疑问，本发明分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法还可以适用于风电站等其他类型的分布式新能源并网。
如图1所示，本实施例分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法的包括：
1)按照指定的采样频率采集电压信号和电流信号获得电压序列、电流序列；
2)分别对电压序列、电流序列进行采样加窗，对采样加窗后所得的电压序列、电流序列的离散傅立叶变换，并分别转换得到电压的频域复数值和电流的频域复数值；对原始的电压序列、电流序列以及采样加窗后所得的电压序列、电流序列分别进行离散积分获得当前的总电能恢复系数cw，若当前的总电能恢复系数cw、上一次的总电能恢复系数cw′之差的绝对值小于预设阈值ε，则分别对基波的电能恢复系数c1和谐波的电能恢复系数cH进行修正，否则将当前的总电能恢复系数cw分别作为基波的电能恢复系数c1和谐波的电能恢复系数cH；
3)利用分组的方式基于基波的电能恢复系数c1和谐波的电能恢复系数cH对基波电能、谐波电能进行电能计量；
4)根据四象限功率理论，以电能计量结果的正负判定其对应的电能传输方向，并归纳到对应的电能传输方向，从而得到对应电能传输方向的电能计量结果。
本实施例中采用单点测量双向电能的方式如图2所示，光伏发电站及其用户负载通过双向计量电表接入电网，其中双向计量电表即为实施本实施例分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法的主体。
考虑到傅里叶变换默认采样中信号频率一致的特点以及电能计量的实时性要求，本实施例采用10.24kHz的采样频率，采样数据点N为1024，即对应于50Hz基波的5周期采样，采样分辨率为10，采样得到电压序列u(n)、电流序列i(n)，具有较高的实时性。
本实施例步骤2)中分别对电压序列、电流序列进行采样加窗的函数表达式如下式所示：
uw(n)＝u(n)·w(n) (1)
iw(n)＝i(n)·w(n) (2)
上式中，uw(n)为采样加窗后所得的电压序列，u(n)为采样得到的电压序列，w(n)为对应窗函数的序列，iw(n)为采样加窗后所得的电流序列，i(n)为采样得到的电流序列。
本实施例步骤2)中分别对电压序列、电流序列进行采样加窗采用的是Hamming窗，实际可通过遗传算法等优化算法得到最优的旁瓣最小的最速下降窗，以抑制部分的频谱泄露。本实施例中，对应窗函数的序列w(n)的函数表达式如下式所示：
w(n)＝0.54-0.46cos(2πn/N) (3)
上式中，n为采样数据点的序号，n＝0,1,2,……,N-1，N为采样数据点的数量。
本实施例步骤2)中对采样加窗后所得的电压序列、电流序列的离散傅立叶变换的函数表达式如下式所示：
Figure BDA0002956726810000051
Figure BDA0002956726810000052
上式中，Uw(k)为采样加窗后的电压序列的离散傅立叶变换结果，Iw(k)为采样加窗后的电流序列的离散傅立叶变换结果，k为频谱线的序号，iw(n)为采样加窗后所得的电压序列，uw(n)为采样加窗后所得的电压序列，n为采样数据点的序号，n＝0,1,2,……,N-1，N为采样数据点的数量。分别转换得到电压的频域复数值和电流的频域复数值则由：
Uw(k)＝Uwr(k)+jUwi(k) (6)
Iw(k)＝Iwr(k)+jIwi(k) (7)
上式中，Uw(k)为频谱线k处电压的频域复数值，Uwr(k)和Uwi(k)分别为频谱线k处电压的频域复数值Uw(k)的实部与虚部，Iw(k)为频谱线k处电流的频域复数值，Iwr(k)和Iwi(k)分别为频谱线k处电流的频域复数值Iw(k)的实部与虚部，j为虚数单位。
对被测电压、电流信号做时域窗截断后，为使加窗后信号的电能与未加窗时的信号的电能相等，在频域中引入电能恢复系数，来对加窗后的信号电能进行修正，即如下式所示：
Figure BDA0002956726810000061
上式中，W1为基波实际电能，Ww,1为基波加窗后的电能，Ww,h为各次谐波加窗后的电能，Wh为各次谐波实际电能。
考虑到实际情况中，基波和各次谐波的实际电能和加窗后电能无法获得，但基波分量远大于谐波分量即基波电能远远大于谐波电能，同时各次谐波电能由于谐波次数多以及谐波量较小的原因，为减小计算量，各次谐波电能恢复系数以总的谐波电能的电能恢复系数代替，因此可近似可得：
Figure BDA0002956726810000062
上式中，W1为基波实际电能，W为实际总的电能，WH为谐波实际总电能。
类似的可知加窗后基波电能Ww,1、加窗后谐波总电能Ww,H，加窗后总电能Ww的关系为：
Figure BDA0002956726810000063
由于已知采样序列和采样加窗后序列，因而可得总的电能恢复系数cw如下式所示：
Figure BDA0002956726810000064
上式中，W为实际总的电能，Ww为加窗后总电能，N为采样数据点的数量，u(n)为采样得到的电压序列，i(n)为采样得到的电压序列，ts为采样的时间间隔。
根据总电能与谐波电能、基波电能的关系，可得如下式所示的加窗后的电能关系：
cwWw＝c1Ww,1+cHWw,H (12)
上式中，Ww为总的有功电能，Ww,1为基波的有功电能，Ww,H为谐波的有功电能。
根据式(10)可获得c1≈cw，从而代入式(12)可得cH≈cw。本实施例中采用总的电能恢复系数cw作为初始的基波电能恢复系数c1和初始的谐波电能恢复系数cH。
上述推导是在Ww1/Ww≈1，Ww,H/Ww≈0的情况下，获得的初始电能恢复系数，但实际Ww1/Ww≠1，Ww,H/Ww≠0，将造成随着计量的次数的增加使误差累计增大，因此需进行修正电能恢复系数。
考虑可能由于投切负荷，造成电压、电流信号的幅值、频率等变化，因此进行修正电能恢复系数时，需进行信号是否变化的判断，由于信号的变化将会导致其总电能恢复系数的变化，因此根据本次的总电能恢复系数cw与上一次总电能恢复系数cw'的差值|cw-cw'|与误差参数ε(ε参数大小自己设置)做比较，判断是否有投切负荷发生，当信号无变化即|cw-cw'|≤ε时，由初始电能恢复系数得到基波电能，谐波电能以及总电能的比值进行修正基波电能恢复系数和谐波电能恢复系数，并为进一步减小误差，采用中值的形式修正，修正公式如下式所示：
Figure BDA0002956726810000071
Figure BDA0002956726810000072
上式中W1为基波实际电能，W为实际总的电能，Wh为谐波实际总电能，cw为总电能恢复系数。
本实施例中，步骤2)中获得初始电能恢复系数的计算函数表达式如下式所示：
Figure BDA0002956726810000073
上式中，c1为基波电能恢复系数，cH为谐波电能恢复系数，N为采样数据点的数量，u(n)为采样得到的电压序列，i(n)为采样得到的电压序列，ts为采样的时间间隔。
本实施例中，步骤2)中当前的总电能恢复系数cw的计算函数表达式如下式所示：
Figure BDA0002956726810000074
上式中，N为采样数据点的数量，u(n)为采样得到的电压序列，i(n)为采样得到的电压序列，ts为采样的时间间隔。
本实施例中，步骤2)中分别对基波的电能恢复系数c1和谐波的电能恢复系数cH进行修正的计算函数表达式如下式所示：
Figure BDA0002956726810000075
Figure BDA0002956726810000081
上式中，c1为基波电能恢复系数，cH为谐波电能恢复系数，W1为基波实际电能，W为实际总的电能，WH为谐波实际总电能，cw为当前的总电能恢复系数。
由于分布式电源并网时，必须满足其上网电压的频率、相角、幅值与电网的电压频率、相角、幅值相等，因此以电压方向为基准，作为供电口时的电流与作为用电口时的电流正好相反，相当于作为供电口的电压相位相对于作为用电口的电压超前或滞后180°，一般对单一方向传输的用电端相位角为
Figure BDA0002956726810000085
因此作为供电端口时的范围应该是
Figure BDA0002956726810000086
由式(16)可知对应用户端产生的有功功率为正，供电端产生的有功功率为负，考虑复阻抗的容性和感性时具体表现如图3所示，据此可根据电流与电压的相角差或者有功、无功的正负来判别电能的传输方向，电压、电流信号的频域形式为复数，蕴含着其相角信息，如图4所示，因此直接用频域内的电压、电流信号的复数形式很方便的判断出其传输方向。
Figure BDA0002956726810000082
上式中，P为有功功率，Q为无功功率，U为电压，I为电流，
Figure BDA0002956726810000087
为用电端相位角。
由步骤2)和步骤3)获得电压、电流信号加窗后的频域参数以及电能恢复系数c，由于离散傅里叶变换后的信号为式(6)和式(7)所示的复数形式，其实部与虚部分量的90°相角差，结合有功电能定义，因此可推导出电能的公式如式(20)和式(21)所示。
Figure BDA0002956726810000083
Figure BDA0002956726810000084
上式中，c1为基波电能恢复系数，cH为谐波电能恢复系数，t0为采样的起始时间，t为采样的截止时间，λ为标准基波50Hz在加窗信号傅里叶变换去直流分量后频谱中的序号，λ＝50N/fs，fs为采样频率，N为采样数据点的数量，W1、Wh为基波和第h次谐波的电能量，h为谐波的次数，Uwr、Uwi、Iwr、Iwi分别为加窗离散傅立叶变换后Uw和Iw的实部与虚部。实际上电网会有最大±0.5hz的频率波动，此频率波动将会造成信号的非同步采样，导致傅里叶变换时产生栅栏效应和频谱泄漏，造成计量误差，考虑到频谱泄露是以主谱线为中心向左右谱线以辐射的方式迅速衰减，因此可以采用分组计量的方式将受主谱线影响最大的左右两个谱线纳入计量范围，与主谱线的计量共同组成当前谐波或基波的电能量以减小频谱泄漏带来的计量影响，因此，本实施例步骤3)中基波电能、谐波电能的计算函数表达式如下式所示：
Figure BDA0002956726810000091
Figure BDA0002956726810000092
上式中，W1为基波电能，t0为采样的起始时间，t为采样的截止时间，N为采样数据点的数量，λ为标准基波50Hz在加窗信号傅里叶变换去直流分量后频谱中的序号，λ＝50N/fs，fs为采样频率，Uwr(λ+m)和Uwi(λ+m)分别为电压的频域复数值在λ+m谱线处的实部与虚部，Iwr(λ+m)和Iwi(λ+m)分别为电流的频域复数值在λ+m谱线处的实部与虚部，m为主频谱的左右次频谱线变量；Wh为第h次的谐波电能，cH为谐波电能恢复系数，Uwr(λh+m)和Uwi(λh+m)分别为电压的频域复数值在λh+m谱线处的实部与虚部，Iwr(λh+m)和Iwi(λh+m)分别为电流的频域复数值在λh+m谱线处的实部与虚部。根据基波与各次谐波的电能的正负进行电能传输方向的判别，对不同的传输方向分别计量。
为了对本实施例分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法进行验证，本实施例中进行数值仿真验证，建立含有多次谐波成分的电压信号和电流信号的数学模型如下：
Figure BDA0002956726810000093
上式中，Uh为第h次谐波的电压幅值，h为谐波次数，f0为基波频率，fs为采样频率，
Figure BDA0002956726810000095
为第h次谐波的电压初相角，n为采样点序号，Ih为第h次谐波的电流幅值，
Figure BDA0002956726810000096
为第h次谐波的电流初相角。式(21)中基波频率f0＝50.2Hz，采样频率fs＝10.24kHz，采样时间窗为0.1s，采样数据点为1024，即对应的分辨率为10Hz，电能计量时间窗为0.2s，仿真计算采用的电压、电流信号模型的基波及各次谐波的幅值、相位参数，请见表1，仿真计算结果参见表2。
表1：仿真信号的谐波成分。
Figure BDA0002956726810000094
Figure BDA0002956726810000101
表2电能计量仿真结果。
谐波次数 标准电能(J) 测算电能(J) 电能相对误差(％)
1 219.4802 219.4228 -2.614E-4
2 0.0434 0.0434 0.000E+0
3 1.2014 1.2016 1.665E-4
4 -0.0095 -0.0095 0.000E+0
5 0.3455 0.3457 5.789E-4
6 0.00686 0.0069 6.076E-3
7 0.3810 0.3815 1.424E-3
8 -0.0014 -0.0014 0.000E+0
9 0.1119 0.1121 1.441E-3
10 0.0044 0.0044 0.000E+0
11 0.0348 0.0349 2.295E-3
正向电能 221.6095 221.5533 -2.535E-4
反向电能 -0.010901 -0.0108 -9.265E-3
通过表2可以看出，本实施例分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法在精度上具有较高的精度，满足国家的家用电表的测量标准。综上所述，本实施例分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法在家庭分布式电源并网时能够实现单点的电能双向计量，大幅度降低计算量，且能够快速准确的计量电能，有较高的实用性。
此外，本实施例还提供一种分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量系统，包括计算机设备，该计算机设备被编程或配置以执行前述分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法的步骤。此外，本实施例还提供一种分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量系统，包括计算机设备，该计算机设备的存储器中存储有被编程或配置以执行前述分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法的计算机程序。
此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行前述分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法的计算机程序。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属本发明思路下的技术方案均属本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法，其特征在于，包括：
1)按照指定的采样频率采集电压信号和电流信号获得电压序列、电流序列；
2)分别对电压序列、电流序列进行采样加窗，对采样加窗后所得的电压序列、电流序列的离散傅立叶变换，并分别转换得到电压的频域复数值和电流的频域复数值；对原始的电压序列、电流序列以及采样加窗后所得的电压序列、电流序列分别进行离散积分获得当前的总电能恢复系数cw，若当前的总电能恢复系数cw、上一次的总电能恢复系数cw′之差的绝对值小于预设阈值ε，则分别对基波的电能恢复系数c1和谐波的电能恢复系数cH进行修正，否则将当前的总电能恢复系数cw分别作为基波的电能恢复系数c1和谐波的电能恢复系数cH；所述分别对基波的电能恢复系数c1和谐波的电能恢复系数cH进行修正的函数表达式为：
Figure FDA0003590720990000011
Figure FDA0003590720990000012
上式中，c1为基波电能恢复系数，cH为谐波电能恢复系数，W1为基波实际电能，W为实际总的电能，WH为谐波实际总电能，cw为当前的总电能恢复系数；
3)利用分组的方式基于基波的电能恢复系数c1和谐波的电能恢复系数cH对基波电能、谐波电能进行电能计量；所述基波电能、谐波电能的计算函数表达式如下式所示：
Figure FDA0003590720990000013
Figure FDA0003590720990000014
上式中，W1为基波电能，c1为基波电能恢复系数，t0为采样的起始时间，t为采样的截止时间，N为采样数据点的数量，λ为标准基波50Hz在加窗信号傅里叶变换去直流分量后频谱中的序号，λ＝50N/fs，fs为采样频率，Uwr(λ+m)和Uwi(λ+m)分别为电压的频域复数值在λ+m谱线处的实部与虚部，Iwr(λ+m)和Iwi(λ+m)分别为电流的频域复数值在λ+m谱线处的实部与虚部，m为主频谱的左右次频谱线变量；Wh为第h次的谐波电能，cH为谐波电能恢复系数，Uwr(λh+m)和Uwi(λh+m)分别为电压的频域复数值在λh+m谱线处的实部与虚部，Iwr(λh+m)和Iwi(λh+m)分别为电流的频域复数值在λh+m谱线处的实部与虚部；
4)根据四象限功率理论以电能计量结果的正负判定其对应的电能传输方向，并归纳到对应的电能传输方向，从而得到对应电能传输方向的电能计量结果。
2.根据权利要求1所述的分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法，其特征在于，步骤2)中分别对电压序列、电流序列进行采样加窗的函数表达式如下式所示：
uw(n)＝u(n)·w(n)
iw(n)＝i(n)·w(n)
上式中，uw(n)为采样加窗后所得的电压序列，u(n)为采样得到的电压序列，w(n)为对应窗函数的序列，iw(n)为采样加窗后所得的电流序列，i(n)为采样得到的电流序列。
3.根据权利要求2所述的分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法，其特征在于，对应窗函数的序列w(n)的函数表达式如下式所示：
w(n)＝0.54-0.46cos(2πn/N)
上式中，n为采样数据点的序号，n＝0,1,2,……,N-1，N为采样数据点的数量。
4.根据权利要求1所述的分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法，其特征在于，步骤2)中对采样加窗后所得的电压序列、电流序列的离散傅立叶变换的函数表达式如下式所示：
Figure FDA0003590720990000021
Figure FDA0003590720990000022
上式中，Uw(k)为采样加窗后的电压序列的离散傅立叶变换结果，Iw(k)为采样加窗后的电流序列的离散傅立叶变换结果，k为频谱线的序号，iw(n)为采样加窗后所得的电压序列，uw(n)为采样加窗后所得的电压序列，n为采样数据点的序号，n＝0,1,2,……,N-1，N为采样数据点的数量。
5.根据权利要求1所述的分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法，其特征在于，步骤2)中当前的总电能恢复系数cw的计算函数表达式如下式所示：
Figure FDA0003590720990000023
上式中，N为采样数据点的数量，u(n)为采样得到的电压序列，i(n)为采样得到的电压序列，ts为采样的时间间隔。
6.根据权利要求1所述的分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法，其特征在于，步骤1)中指定的采样频率为10.24kHz。
7.一种分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量系统，包括计算机设备，其特征在于，该计算机设备被编程或配置以执行权利要求1～6中任意一项所述分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法的步骤，或者该计算机设备的存储器中存储有被编程或配置以执行权利要求1～6中任意一项所述分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法的计算机程序。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行权利要求1～6中任意一项所述分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法的计算机程序。
CN202110224699.XA 2021-03-01 2021-03-01 一种分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法 Active CN113030540B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110224699.XA CN113030540B (zh) 2021-03-01 2021-03-01 一种分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110224699.XA CN113030540B (zh) 2021-03-01 2021-03-01 一种分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113030540A CN113030540A (zh) 2021-06-25
CN113030540B true CN113030540B (zh) 2022-07-26

Family

ID=76466294

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110224699.XA Active CN113030540B (zh) 2021-03-01 2021-03-01 一种分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113030540B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1712974A (zh) * 2005-06-30 2005-12-28 哈尔滨今日电子有限公司 一种四象限功率测量方法
US6987347B2 (en) * 2003-05-30 2006-01-17 Murata Manufacturing Co., Ltd. Piezoelectric resonator component
CN202794330U (zh) * 2012-09-10 2013-03-13 浙江晨泰科技股份有限公司 一种三相四线费控智能电能表
CN103499737A (zh) * 2013-09-24 2014-01-08 国家电网公司 三相三线电能表错误接线退补电量获取方法
CN203561692U (zh) * 2013-11-12 2014-04-23 国家电网公司 具有自动量程切换且基波和谐波分别计量的电能表
CN105870974A (zh) * 2016-06-21 2016-08-17 南京工程学院 分布式光伏并网系统电量参数双向测量装置
CN106154032A (zh) * 2016-07-25 2016-11-23 嘉兴清源电气科技有限公司 一种基于功率因数的双向智能电表电能计量方法
CN205958645U (zh) * 2016-07-05 2017-02-15 国网重庆市电力公司市区供电分公司 一种分别计量基波和谐波的双向智能电表
CN205960662U (zh) * 2016-06-21 2017-02-15 南京工程学院 分布式光伏并网系统电量参数双向测量装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6118678A (en) * 1999-06-10 2000-09-12 Limpaecher; Rudolf Charge transfer apparatus and method therefore
CN202886463U (zh) * 2012-06-15 2013-04-17 王成楷 一种具有漏电远程监测与保护功能的智能电能表
CN103941090B (zh) * 2014-04-22 2016-11-23 国家电网公司 基于谱线能量插值的谐波测量方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6987347B2 (en) * 2003-05-30 2006-01-17 Murata Manufacturing Co., Ltd. Piezoelectric resonator component
CN1712974A (zh) * 2005-06-30 2005-12-28 哈尔滨今日电子有限公司 一种四象限功率测量方法
CN202794330U (zh) * 2012-09-10 2013-03-13 浙江晨泰科技股份有限公司 一种三相四线费控智能电能表
CN103499737A (zh) * 2013-09-24 2014-01-08 国家电网公司 三相三线电能表错误接线退补电量获取方法
CN203561692U (zh) * 2013-11-12 2014-04-23 国家电网公司 具有自动量程切换且基波和谐波分别计量的电能表
CN105870974A (zh) * 2016-06-21 2016-08-17 南京工程学院 分布式光伏并网系统电量参数双向测量装置
CN205960662U (zh) * 2016-06-21 2017-02-15 南京工程学院 分布式光伏并网系统电量参数双向测量装置
CN205958645U (zh) * 2016-07-05 2017-02-15 国网重庆市电力公司市区供电分公司 一种分别计量基波和谐波的双向智能电表
CN106154032A (zh) * 2016-07-25 2016-11-23 嘉兴清源电气科技有限公司 一种基于功率因数的双向智能电表电能计量方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于DSP的配电负荷监测管理系统;关欣;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》;20161115;说明书第41-44页 *
非整周期采样条件下有功电能计量的新算法;陈垒;《仪器仪表学报》;20170430;说明书第1-9页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113030540A (zh) 2021-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102435844B (zh) 一种频率无关的正弦信号相量计算方法
CN107144734B (zh) 一种适用于pmu的配电网高精度相量测量方法
CN110673509A (zh) 一种用于半实物仿真平台的电量变送器模拟系统及方法
CN107091958B (zh) 一种输电线路参数在线辨识系统及其辨识方法
CN110967658B (zh) 一种基于数字微差法的模拟量输入合并单元校验仪溯源的方法
TW201506412A (zh) 電壓穩定度即時估測方法
CN105606900A (zh) 一种基于方波信号的单相谐波阻抗测量方法
CN108414838B (zh) 一种逆变器并联系统线路阻抗测量方法
CN108880300A (zh) 一种基于双闭环控制的双馈风机整流器阻抗计算方法
CN108490257A (zh) 一种基于频谱曲线拟合的短时窗间谐波测量方法
CN107317337B (zh) 交直流混合微网潮流控制器的分散协调控制方法
CN112865181A (zh) 基于端口阻抗特性的光伏逆变器参数辨识方法及装置
CN110208649B (zh) 基于交流电压下降速度的换相故障检测方法及装置
CN103424621A (zh) 一种谐波电流的人工神经网络检测方法
CN102495285A (zh) 对称窗函数功率重心估计电力谐波参数的方法
CN113030540B (zh) 一种分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法
CN112511056A (zh) 一种基于相量测量的鲁棒发电机动态状态估计方法
CN109638811B (zh) 基于模型等值的配电网电压功率灵敏度鲁棒估计方法
CN112485522B (zh) 基于电能数据感知的平顶窗函数同步相量测量方法及装置
CN104062501A (zh) 双变压器变电站谐波状态估计方法
CN106771584A (zh) 一种应用于配电网的谐波检测方法
CN114184838A (zh) 基于sn互卷积窗的电力系统谐波检测方法、系统及介质
Huihui et al. Comparison of detection methods for power quality in micro-grid
CN110261682A (zh) 实测数据相位缺失下的系统侧谐波阻抗获取方法和系统
Liu et al. An approach to power system harmonic analysis based on triple-line interpolation discrete Fourier transform

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant