CN114325021A - 一种考虑高铁谐波特性的电费计算方法 - Google Patents
一种考虑高铁谐波特性的电费计算方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114325021A CN114325021A CN202111640479.1A CN202111640479A CN114325021A CN 114325021 A CN114325021 A CN 114325021A CN 202111640479 A CN202111640479 A CN 202111640479A CN 114325021 A CN114325021 A CN 114325021A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- harmonic
- speed rail
- impedance
- speed
- electric charge
- 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.)
- Pending
Links
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 230000005611 electricity Effects 0.000 title claims description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- NTSBMKIZRSBFTA-AIDOXSFESA-N Digoxigenin bisdigitoxoside Chemical compound C1[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](C)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](C)O[C@@H](O[C@@H]2C[C@@H]3[C@]([C@@H]4[C@H]([C@]5(CC[C@@H]([C@@]5(C)[C@H](O)C4)C=4COC(=O)C=4)O)CC3)(C)CC2)C[C@@H]1O NTSBMKIZRSBFTA-AIDOXSFESA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
本发明属于电气化铁路电费计算领域，具体涉及一种考虑高铁谐波特性的电费计算方法。包括如下步骤：S1.基于高铁实测谐波数据分析高铁谐波特性；S2.基于高铁谐波特性计算供电系统侧和高铁用户侧的谐波阻抗；S3.基于高铁谐波阻抗划分系统侧和高铁侧的谐波责任；S4.基于划分的谐波责任建立电费计算模型。本发明能够合理划分供电系统侧和高铁用户侧的谐波责任，有利于电力部门和铁路部门电费计量工作的精细化、合理化推进。
Description
技术领域
本发明属于电气化铁路电费计量领域，具体涉及一种考虑高铁谐波特性的电费计算方法。
背景技术
在电力系统中，谐波会增加电气设备的电能传输损耗，对继电保护和自动装置产生信号干扰，甚至谐振，危及设备和人员安全，影响电能质量。高铁牵引供电系统中主要存在3、5、7、9、11、13次奇次谐波，其中主要为3、5次谐波。面对较高含量的谐波，精准计量意义重大。目前关于谐波的计量方式有基波和谐波单独计量、全波计量，但存在共性问题，即高铁等非线性负荷产生谐波并输入电网，却未承担此部分电费，而受谐波影响的线性负荷反而多计费用。造成该弊端的主要原因是公共耦合点(PCC)处系统侧和高铁侧的谐波责任未划分清晰。虽然电能计量考虑了谐波因素，但目前我国的高铁计费主要执行大工业用电电价，包括基本电费、有功电费、功率因数奖惩电费、附加费四部分，尚未考虑谐波对计费的影响。因此有必要考虑高铁的谐波特性精准计量电气化铁路的用电费用，有利于电力部门和铁路部门电费计量工作更加精细合理化发展，具有一定的现实意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种考虑高铁谐波特性的电费计算方法，能够细化电费计量工作。
实现上述目的的一种技术方案是：一种考虑高铁谐波特性的电费计算方法，包括以下步骤：
S1：基于高铁实测谐波数据分析高铁谐波特性；
S2：基于高铁谐波特性计算供电系统侧和高铁用户侧的谐波阻抗；
S3：基于高铁谐波阻抗划分系统侧和高铁侧的谐波责任；
S4：基于划分的谐波责任建立电费计算模型。
进一步的，步骤S1所述的基于高铁实测谐波数据分析高铁谐波特性，包括：高铁运行工况、谐波电流特性、谐波电压特性。
进一步的，步骤S2所述的基于高铁谐波特性计算供电系统侧和高铁用户侧的谐波阻抗，包括：建立高铁牵引电力网等效模型以计算高铁不同工况的谐波阻抗；
高铁牵引电力网等效模型包括电流源高铁牵引供电系统谐波诺顿等效模型和电压源高铁牵引供电系统谐波诺顿等效模型；
高铁不同工况的谐波阻抗包括启动/制动工况谐波阻抗、牵引工况谐波阻抗、停车工况谐波阻抗。
进一步的，步骤S3所述的基于高铁谐波阻抗划分系统侧和高铁侧的谐波责任，包括：计算系统侧和高铁侧在公共连接点处的谐波责任百分比。
进一步的，步骤S4所述的基于划分的谐波责任建立电费计算模型，包括：基本电费、基波电费、功率因数调整电费、谐波电费、附加费。
本发明与现有的谐波电费计算方法相比，精准化了PCC处谐波责任的划分。因为目前对于PCC处谐波责任的划分方法主要是通过建立谐波指标体系，进而采用主客观权重方法进行指标评估求解得到的，对专家的依赖性较强，个人意识较为强烈，容易影响计算结果。本发明基于高铁实测数据分析谐波特性，进而采用相适宜的谐波阻抗计算方法划分谐波责任，避免了人为因素的影响，有利于高铁电费计量的合理精细化发展。
附图说明
图1为本发明的一种考虑高铁谐波特性的电费计算方法的流程示意图；
图2为高铁谐波电流特性曲线；
图3为电流源高铁牵引供电系统谐波诺顿等效模型；
图4为电压源高铁牵引供电系统谐波诺顿等效模型。
具体实施方式
为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例进行详细地说明：
请参阅图1，本发明的一种考虑高铁谐波特性的电费计算方法，包括以下步骤：
S1：基于高铁实测谐波数据分析高铁谐波特性；
S2：基于高铁谐波特性计算供电系统侧和高铁用户侧的谐波阻抗；
S3：基于高铁谐波阻抗划分系统侧和高铁侧的谐波责任；
S4：基于划分的谐波责任建立电费计算模型。
S1所述的基于高铁实测谐波数据分析高铁谐波特性，包括：高铁运行工况、谐波电流特性、谐波电压特性。
所述的高铁运行工况和谐波特性包括：制动阶段和启动阶段的谐波电流和谐波电压频繁大幅度波动，停车阶段几乎不存在谐波，牵引阶段谐波电流和谐波电压小范围内稳定波动。
S2所述的是利用高铁牵引电力网等效模型计算高铁不同工况的谐波阻抗；
所述的高铁牵引电力网等效模型包括电流源高铁牵引供电系统谐波诺顿等效模型和电压源高铁牵引供电系统谐波诺顿等效模型；
所述的高铁不同工况的谐波阻抗包括启动/制动工况谐波阻抗、牵引工况谐波阻抗、停车工况谐波阻抗。
所述的启动/制动工况谐波阻抗采用传统波动量法进行计算。
所述的传统波动量法如下：
在系统侧和高铁侧的公共连接点(PCC)处，谐波电压和谐波电流如下：
式中，ΔIxh和ΔIyh分别为相邻时刻系统侧和用户侧h次谐波电流；ΔUpcch和ΔIpcch分别为相邻时刻PCC处h次谐波电压和谐波电流。
根据波动量原理，谐波阻抗，即谐波波动量比公式可知PCC处h次谐波阻抗为：
所述的牵引工况谐波阻抗采用M估计稳健回归法。
所述的M估计稳健回归法模型如下：
式中，xij为自变量；yi为因变量；n为样本数量；ρj为回归系数；εi为随机误差。
采用迭代加权最小二乘法求解回归系数，计算公式如下：
ρ(ρ1，ρ2，…，ρj)＝(XTX)-1XTY
式中，X为自变量向量；Y为因变量向量。
PCC处谐波电压计算公式如下：
Upcch＝Uxh-zxhIpcch+ε
式中，h为谐波次数，ε为独立分布的随机误差，约为0。
将上式转为复数域表示，并使其实部虚部等同，得到下式：
式中，下角标最后一个字母为p和q的分布为复数的实部和虚部。
因此系统侧谐波阻抗的计算转化为已知自变量谐波电流、因变量谐波电压，采用M估计稳健回归法求解回归常数的问题。
所述的谐波阻抗在停车阶段中高铁的谐波和基波含量很少，近似为0，无需进行谐波责任划分。
S3所述的谐波责任是计算系统侧和高铁侧在公共连接点(PCC)处的谐波责任百分比。
所述的谐波责任百分比采用叠加投影原理进行计算，具体如下：
系统侧h次谐波电压责任百分比：
Uxh＝IpcchZxh
高铁侧h次谐波电压责任百分比：
Uyh＝Upcch-Uxh
式中，Upcch为PCC处的h次谐波电压值；Uxh和Uyh分别是系统侧和高铁侧的h次谐波电压值；α、β分别为Uxh、Uyh与Upcch间夹角；Uxh和Uyh分别为Uxh、Uyh在Upcch方向上的投影。
S4所述的电费计算模型是在传统电力计费模型中基本电费、基波电费、附加费和功率因数调整电费加入谐波电费。
所述的考虑谐波的电费计算模型如下：
式中，W0为基本电费；Wb为基波电费，即有功电费；
为功率因数调整电费；Wh为谐波电费；Wf为附加费，即月度电费中用于公共事业等的支出应用。
各费用具体计算公式如下：
W0＝Cq*Dq
Wb＝Pb*t*Db
Wf＝Pb*Df
式中，Cq为高铁牵引的容量；Dq为基本电价；Pb为基波有功功率；t为高铁运行时间；Db为有功功率电价；
为功率因数奖惩比例，根据《功率因数调整电费办法》查找；i(i＝1、2、3)为高铁的运行阶段，分别对应制动、启动、运行阶段；h(h＝3、5、7、9、11)为高铁谐波次数；Ryh％为用户侧谐波含量，由公式(20)求得；ti为高铁i阶段的运行时间；S为PCC处的非基波视在功率；Ds为非基波视在功率电费单价；Df为附加电价。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
以华东某地区220kV高铁牵引站的3次谐波为例，以每3s时间间隔采集并存储同一列列车的“制动-停车-启动-运行”整个运行工况的实测数据，经处理，得到图2制动、停车、启动、运行四种运行阶段的3次谐波特性如下：
制动阶段：谐波电流波动较为频繁，幅值达到整个运行工况的顶峰，其中3、5次谐波电流占比高达12.98％和14.37％；
停车阶段：该阶段高铁处于停止状态，乘客上车，几乎不需要供电，谐波约为0A；
启动阶段：谐波电流频繁波动，3、5次谐波电流占比分别为4.31％和12.82％；
牵引阶段：谐波电流在0.84A-1.35A小范围内稳定波动。
结合图3电流源高铁牵引供电系统谐波诺顿等效模型，采用波动量法计算高铁制动阶段和启动阶段谐波责任划分，结果如下表所示：
表1制动/启动阶段3次谐波责任划分结果
| 谐波责任划分比例 | 系统侧 | 用户侧 |
| 制动阶段 | 5.51％ | 94.49％ |
| 启动阶段 | 8.28％ | 91.72％ |
结合图4电压源高铁牵引供电系统谐波诺顿等效模型，采用M估计稳健回归计算高铁牵引阶段谐波责任划分，结果如下表所示：
表2牵引阶段3次谐波责任划分结果
| 责任方 | 系统侧 | 用户侧 |
| 责任划分 | 64.32％ | 35.68％ |
采用考虑谐波的电费计算模型开展计算，由于该高铁牵引变容量为31.5MVA，根据华东地区供电收费标准，变压器容量电价为28元/kVA.月、基本电价为0.616元/kWh，非基波视在功率电费单价取值0.2元/(kVA.h)、月度附加费月度电价约为0.011元/(kVA.h)。以该列车每天行驶一次为例，分别采用不计谐波电量计费方法(方法1)、不考虑谐波责任划分的电费计算方法(方法2)，以及本发明方法核算一个月的牵引电费，结果如下表：
表3单列高铁月度电费对比
由上表可知，由于基本电费是以变压器容量为基准的收费，包含该牵引站所有列车的费用总和，因此数值较大。由于考虑了高铁侧的谐波影响，因此方法2和本发明方法核算的电费要高于目前的计费法计算结果，体现了谐波谁污染谁承担责任的公平性。相比于方法2谐波责任全部由高铁负责的计算结果，本发明方法考虑了系统侧和高铁侧的谐波责任分担，较之少收取1860元电费，更具合理性。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (5)
1.一种考虑高铁谐波特性的电费计算方法，其特征在于按照以下步骤：
S1：基于高铁实测谐波数据分析高铁谐波特性；
S2：基于高铁谐波特性计算供电系统侧和高铁用户侧的谐波阻抗；
S3：基于高铁谐波阻抗划分系统侧和高铁侧的谐波责任；
S4：基于划分的谐波责任建立电费计算模型。
2.根据权利要求1所述的一种考虑高铁谐波特性的电费计算方法，其特征在于，步骤S1所述的基于高铁实测谐波数据分析高铁谐波特性，包括：高铁运行工况、谐波电流特性、谐波电压特性。
3.根据权利要求1所述的一种考虑高铁谐波特性的电费计算方法，其特征在于，步骤S2所述的基于高铁谐波特性计算供电系统侧和高铁用户侧的谐波阻抗，包括：建立高铁牵引电力网等效模型以计算高铁不同工况的谐波阻抗；
高铁牵引电力网等效模型包括电流源高铁牵引供电系统谐波诺顿等效模型和电压源高铁牵引供电系统谐波诺顿等效模型；
高铁不同工况的谐波阻抗包括启动/制动工况谐波阻抗、牵引工况谐波阻抗、停车工况谐波阻抗。
4.根据权利要求1所述的一种考虑高铁谐波特性的电费计算方法，其特征在于，步骤S3所述的基于高铁谐波阻抗划分系统侧和高铁侧的谐波责任，包括：计算系统侧和高铁侧在公共连接点处的谐波责任百分比。
5.根据权利要求1所述的一种考虑高铁谐波特性的电费计算方法，其特征在于，步骤S4所述的基于划分的谐波责任建立电费计算模型，包括：基本电费、基波电费、功率因数调整电费、谐波电费、附加费。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111640479.1A CN114325021A (zh) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 一种考虑高铁谐波特性的电费计算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111640479.1A CN114325021A (zh) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 一种考虑高铁谐波特性的电费计算方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114325021A true CN114325021A (zh) | 2022-04-12 |
Family
ID=81017006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111640479.1A Pending CN114325021A (zh) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 一种考虑高铁谐波特性的电费计算方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114325021A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105842555A (zh) * | 2016-02-18 | 2016-08-10 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种基于实测数据的多谐波源责任划分方法 |
| CN106777817A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-05-31 | 国网山东省电力公司青岛供电公司 | 城市轨道交通电能质量仿真分析系统的谐波分析建模方法 |
| CN107526858A (zh) * | 2016-11-07 | 2017-12-29 | 北京交通大学 | 基于pscad/emtdc的电铁牵引供电系统仿真平台 |
| CN109409762A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-03-01 | 国网四川省电力公司成都供电公司 | 基于改进数据关联分析的谐波责任划分方法 |
| CN109524964A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-03-26 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种确定电力用户谐波污染的经济责任的方法 |
-
2021
- 2021-12-29 CN CN202111640479.1A patent/CN114325021A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105842555A (zh) * | 2016-02-18 | 2016-08-10 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种基于实测数据的多谐波源责任划分方法 |
| CN107526858A (zh) * | 2016-11-07 | 2017-12-29 | 北京交通大学 | 基于pscad/emtdc的电铁牵引供电系统仿真平台 |
| CN106777817A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-05-31 | 国网山东省电力公司青岛供电公司 | 城市轨道交通电能质量仿真分析系统的谐波分析建模方法 |
| CN109409762A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-03-01 | 国网四川省电力公司成都供电公司 | 基于改进数据关联分析的谐波责任划分方法 |
| CN109524964A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-03-26 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种确定电力用户谐波污染的经济责任的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103646356B (zh) | 一种特高压交流跨区电能交易中综合网损率的确定方法 | |
| Czarnecki | Comments on active power flow and energy accounts in electrical systems with nonsinusoidal waveforms and asymmetry | |
| CN103278685B (zh) | 一种基于统计数据相关性分析的谐波责任定量划分方法 | |
| Davis et al. | Evaluation of single-point measurements method for harmonic pollution cost allocation | |
| CN102033999B (zh) | 基于负荷分布计算中压配网近期规划年线损的方法 | |
| Hu et al. | Power-quality impact assessment for high-speed railway associated with high-speed trains using train timetable—Part II: Verifications, estimations and applications | |
| CN103163373B (zh) | 适用于电能质量数据交换格式的谐波污染责任的计算方法 | |
| CN109061300A (zh) | 一种pcc点的特征谐波源定位方法 | |
| CN102938130A (zh) | 一种基于PQView的电能质量性能指标综合评估方法 | |
| CN106814230A (zh) | 基于Kaiser窗FFT四峰插值的电能计量方法 | |
| CN106814246A (zh) | 基于Kaiser窗FFT单峰插值的电能计量方法 | |
| CN108957126A (zh) | 一种以谐波注入有功功率认定谐波污染责任的计算方法 | |
| Chen et al. | A modified harmonic pricing scheme for customers based on quantifying the harmonic comprehensive contribution | |
| da Silva et al. | Effects of mixed electronic loads on the electrical energy systems considering different loading conditions with focus on power quality and billing issues | |
| CN105866585A (zh) | 一种基于畸变功率的谐波源识别和责任分摊方法 | |
| CN106712021B (zh) | 一种公用电网多谐波限值多时段分配方法 | |
| CN114325021A (zh) | 一种考虑高铁谐波特性的电费计算方法 | |
| Su et al. | Evaluation of power-quality field measurements of an electric bus charging station using remote monitoring systems | |
| Yuen et al. | Modeling of electric railway vehicle for harmonic analysis of traction power-supply system using spline interpolation in frequency domain | |
| CN102522750B (zh) | 分离背景谐波的用户允许谐波电流排放限值计算方法 | |
| Arseneau | Application of IEEE standard 1459-2000 for revenue meters | |
| CN107390014A (zh) | 波动性负荷闪变发射水平的测量方法 | |
| CN102882214A (zh) | 农村地区高压配电网电压等级组合选择方法 | |
| Tan et al. | Influence of electric traction system on power grid harmonics | |
| CN114462811A (zh) | 基于智能融合终端的配电变压器经济运行评价方法 |
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 | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220412 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |