專利名稱：一種諧波電能計量誤差分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)諧波電能計量領(lǐng)域，特別是涉及一種諧波電能計量誤 差分析裝置。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，電網(wǎng)中非線性負荷大量增加，諧波對電網(wǎng)的污染越 來越嚴重。諧波污染使得電網(wǎng)的供電電壓和電流波形發(fā)生畸變，嚴重影響電能 質(zhì)量。諧波會使電氣設(shè)備過熱，振動和噪聲加大，加速絕緣老化，使用壽命縮 短，甚至發(fā)生故障或燒毀；對繼電保護等電力系統(tǒng)的其他裝置或設(shè)備也會產(chǎn)生 嚴重影響。此外，諧波對電能計量裝置正確計量也產(chǎn)生了嚴重的影響，給供電 部門造成了巨大經(jīng)濟損失。
諧波不僅影響感應(yīng)式電能表的計量，也影響全電子式電能表的計量，只不 過影響小些而已。感應(yīng)式電能表的工作原理及設(shè)計制造規(guī)程決定了只在工頻附 近很窄的頻率范圍內(nèi)且電壓、電流為正弦波的條件下具有很好的工作性能，可 以認為計量的就是實際電能，而當(dāng)計量點存在諧波時，感應(yīng)式電能表既不能準 確計量總的畸變信號電能，亦不能準確反映其中的基波信號電能；對于電子式 電能表，絕大多數(shù)僅適于lkHz頻率范圍內(nèi)的電能的測量。其頻帶不可能足夠?qū)?的主要原因在于，電能表的輸入器件使不同頻率信號成分產(chǎn)生的相移不同，從 而致使在50Hz引入的相位補償，不能補償其它頻率的相位移，結(jié)果造成了計量 誤差隨頻率不同而變化。目前國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究主要有如下方式理論分析諧波對感應(yīng)式電能 表和電子式電能表的影響；對電網(wǎng)中諧波電流、電壓等參數(shù)監(jiān)測；討論通過增
加硬件(如濾波器等)來減小電能計量誤差；利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型診斷電力系 統(tǒng)中諧波含量。但是這些硏究都沒有能夠提供實時分析諧波電能計量誤差的有 效手段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種諧波電能計量誤差分析裝
本發(fā)明的技術(shù)方案為諧波電能計量誤差分析裝置由以下三個部分組成， 諧波數(shù)據(jù)釆集部分，用于將由電網(wǎng)采集所得諧波數(shù)據(jù)輸入電能數(shù)據(jù)分析部
分，所述諧波數(shù)據(jù)包括各次諧波的電壓、電流和相角；
電能計量誤差數(shù)據(jù)分析部分，包括有模型存儲模塊和誤差分析模塊， 所述模型存儲模塊用于存儲計量誤差模型，以及電能計量表型號所對應(yīng)的
模型函數(shù)；所述計量誤差模型為
e = IX = S /("')"m = S /(m):7, cos^ '
式中，e為諧波對電能計量的總誤差，em ,。,標識第m次諧波造成的實測誤 差數(shù)據(jù)，^,標識第m次諧波的理論誤差數(shù)據(jù)，^、 / 、 ^分別標識第m次諧 波的電壓、電流和相角，t/,、 /,、 ^分別標識基波的電壓、電流和相角，/(w標 識模型函數(shù)，用于表述w與之間的函數(shù)關(guān)系；
所述誤差分析模塊用于對輸入的諧波數(shù)據(jù)求取待分析理論誤差數(shù)據(jù)，并根 據(jù)電網(wǎng)所用電能計量表型號調(diào)用模型存儲模塊存儲的相應(yīng)模型函數(shù)，將其代入
8存儲計量誤差模型構(gòu)成理論誤差數(shù)據(jù)和實測誤差數(shù)據(jù)的變換關(guān)系式，按變換關(guān) 系式求取待分析理論誤差數(shù)據(jù)的相應(yīng)各次諧波實測誤差及總誤差，作為誤差數(shù) 據(jù)分析結(jié)果；
誤差分析結(jié)果輸出部分，用于對電能計量誤差數(shù)據(jù)分析部分獲取的誤差數(shù)
據(jù)分析結(jié)果進行輸出或存儲處理。
而且，所述變換模型函數(shù)采用實時仿真系統(tǒng)獲取。
而且，采用實時仿真系統(tǒng)獲取變換模型函數(shù)的具體方式如下，
建立仿真模型，仿真模型包括依次連接的三相交流電源、輸電電路、配電
變壓器以及負載，所述三相交流電源由基波電壓源、諧波電壓源和諧波電流源
構(gòu)成；
采用仿真模型對2 30次諧波分別進行實驗，針對每次諧波通過改變諧波相 角以改變諧波功率大小和方向，每次諧波相角分別取O。， 30°， 60°， 90°， 120°， 150。， 180。；
以MATLAB計算所得第m次諧波的7個理論誤差數(shù)據(jù) ,1 ， em,2...e ，7為 輸入樣本，以實時仿真系統(tǒng)實際測量所得第w次諧波的7個實際誤差數(shù)據(jù)^，。,1 ， 2.A—7為目標樣本，建立一個BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有一個
輸入、 一個輸出、7組樣本；
分別訓(xùn)練各次諧波的相應(yīng)^P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到理論誤差數(shù)據(jù)^,與實際誤差數(shù)
據(jù)；，,之間的函數(shù)關(guān)系，生成待測電能計量表的相應(yīng)模型函數(shù)/(w); 將待測電流計量表的型號和相應(yīng)模型函數(shù)/(w)存儲到模型存儲模塊。 而且，采用實時仿真系統(tǒng)進行實驗獲取理論誤差數(shù)據(jù)的具體方式如下， 從仿真模型的負載輸入端取出每相的采樣電壓數(shù)據(jù)和采樣電流數(shù)據(jù)，計算每相的諧波功率P",&A ，其中附為諧波次數(shù)，" 為第"次實驗的采樣電壓數(shù)
據(jù)，^為第w次實驗的采樣電流數(shù)據(jù)，；t為總采樣點數(shù)；
由諧波功率得到諧波功率含量，即理論誤差數(shù)據(jù)e,，, & = 4, _C x!00% ，其中e,
為諧波電壓源或諧波電流源不投入時的基波功率理論值。
而且，采用實時仿真系統(tǒng)進行實驗獲取實際誤差數(shù)據(jù)的具體方式包括以下2 個步驟，
步驟l，根據(jù)待測電能計量表的接線要求，通過實施仿真系統(tǒng)的邏輯器實現(xiàn) 仿真模型和待測電能計量表的連接，所述連接釆用輸入接線電壓方式或輸入接
相電壓方式；
所述輸入接線電壓方式為，首先在仿真模型的三相交流電源進行設(shè)定，包 括設(shè)定基波電壓源的A相電壓幅值EA和諧波電壓源的A相電壓幅值E^，其中 m為諧波次數(shù)，并引入到邏輯器相加，得到A相相電壓UA;設(shè)定基波電壓源的 B相電壓幅值EB和諧波電壓源的B相電壓幅值E^，其中m為諧波次數(shù)，并引 入到邏輯器相加，得到B相相電壓UB;設(shè)定基波電壓源的C相電壓幅值Ec和 諧波電壓源的C相電壓幅值ECm，其中m為諧波次數(shù)，并引入到邏輯器相加，
得到C相相電壓Uc;
然后將A相相電壓Ua和B相相電壓UB引入到邏輯器，得線電壓UAB=UA —UB;將C相相電壓Uc和B相相電壓UB引入到邏輯器，得線電壓UcB二Uc— UB;
從三相交流電源中的A相回路中提取相電流IAA，所述A相回路由A相基 波電壓源、A相諧波電壓源和A相諧波電流源經(jīng)A相輸電線路組成；從三相交流電源中的C相回路中提取相電流ICC，所述c相回路由c相基波電壓源、c
相諧波電壓源和C相諧波電流源經(jīng)C相輸電線路組成；
再將線電壓Uab、 UcB和相電流IAA、 ICC從邏輯器中引出，放大到 220V/2.5A，輸入到待測電能計量表進行功率測量；
所述輸入接相電壓方式為，首先在仿真模型的三相交流電源進行設(shè)定，包 括設(shè)定基波電壓源的A相電壓幅值EA和諧波電壓源的A相電壓幅值EAm，其中 m為諧波次數(shù)，并引入到邏輯器相加，得到A相相電壓UA;設(shè)定基波電壓源的 B相電壓幅值EB和諧波電壓源的B相電壓幅值EBm，其中m為諧波次數(shù)，并引 入到邏輯器相加，得到B相相電壓UB;設(shè)定基波電壓源的C相電壓幅值Ec和 諧波電壓源的C相電壓幅值Ecm，其中m為諧波次數(shù)，并引入到邏輯器相加， 得到C相相電壓Uc;
從三相交流電源中的A相回路中提取相電流IAA，所述A相回路由A相基 波電壓源、A相諧波電壓源和A相諧波電流源經(jīng)A相輸電線路組成；從三相交 流電源中的B相回路中提取相電流IBB，所述B相回路由B相基波電壓源、B 相諧波電壓源和B相諧波電流源經(jīng)B相輸電線路組成；從三相交流電源中的C 相回路中提取相電流ICC，所述C相回路由C相基波電壓源、C相諧波電壓源 和C相諧波電流源經(jīng)C相輸電線路組成；
最后將相電壓UA、 UB、 Uc和相電流IAA、 IBB、 ICC從邏輯器中引出，放 大到220V/2.5A，輸入到待測電能計量表進行功率測量；
步驟2，由待測電能計量表測量出在疊加第m次諧波作用下的功率&^， 在設(shè)定Eh、 EBm、 Ecm輸入為0的情況下測量出僅含基波作用下的功率為/^。,，
得實測誤差數(shù)據(jù)^ ，, = f"。'xl00% 。
11而且，采用諧波測試儀由電網(wǎng)釆集諧波數(shù)據(jù)。
而且，誤差分析結(jié)果輸出部分包括有數(shù)據(jù)庫模塊、報表模塊和曲線生成模 塊，數(shù)據(jù)庫模塊，用于將電能誤差數(shù)據(jù)分析部分的輸出結(jié)果通過數(shù)據(jù)庫的ODBC 接口保存到數(shù)據(jù)庫中，以供用戶査詢操作；報表模塊，用于將誤差數(shù)據(jù)分析結(jié) 果以水晶報表的格式導(dǎo)出；曲線生成模塊，用于將誤差數(shù)據(jù)分析結(jié)果以曲線形
式呈現(xiàn)。
而且，所述數(shù)據(jù)庫模塊采用ACCESS數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)。
本發(fā)明針對目前廣泛使用的電子式電能計量表，根據(jù)用戶側(cè)的諧波情況， 采取理論分析、MATLAB仿真計算和基于RTDS仿真實驗三者相結(jié)合的方法研 究各次諧波對全電子式電能計量表計的計量影響，在此基礎(chǔ)上建立了諧波對電 子式電能表計量影響的計量誤差模型，為定量分析計算諧波對電子式電能計量 表的計量誤差影響提供了工具，實施簡便高效，能夠滿足實時監(jiān)控大規(guī)模工業(yè) 電網(wǎng)的需要。本發(fā)明特別適合用于準確的定量監(jiān)測各次諧波對三相三線制、三 相四線制全電子式電能表的計量誤差以及非線性負荷產(chǎn)生的所有諧波產(chǎn)生的總 誤差，為供電部門挽回因諧波造成的電能計量誤差損失提供定量數(shù)據(jù)依據(jù)，為 電力部門治理諧波污染提供定量數(shù)據(jù)依據(jù)。


圖1含有非線性負載和線性負載的的簡單系統(tǒng)等效電路；
圖2為本發(fā)明實施例的軟件實現(xiàn)框架示意圖； 圖3為本發(fā)明實施例的仿真模型示意圖； 圖4為本發(fā)明實施例的輸入接線電壓方式示意圖； 圖5為本發(fā)明實施例的輸入接相電壓方式示意圖；圖6為三層神經(jīng)BP網(wǎng)絡(luò)示意圖； 圖7為BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練示意圖8為本發(fā)明實施例的各次諧波實測誤差及總誤差求取流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出，根據(jù)現(xiàn)有理論，得出諧波給電能計量表造成的影響。如附圖l
所示，S標識電壓源、Z為電源內(nèi)阻和線路阻抗之和、u(t)為pcc點的電壓、PCC
標識公共連接點電力系統(tǒng)中一個以上用戶負荷連接處。ZH和ZM分別為非線形 負載和線性負載，Im和IM1分別為非線性負載和線性負載吸收的基波電流的有效
值；lHh為非線性負載向電網(wǎng)中注入的h次諧波的電流的有效值；lMHh為線性負 載吸收的來自于非線性負載的h次諧波電流有效值；當(dāng)電源中含有諧波時，IHSh 和lMSh分別為非線性負載和線性負載從電源中吸收的h次諧波電流有效值。因 此，非線性負載吸收其所需基波電能的同時又向系統(tǒng)中注入了諧波電能，線性 負載吸收基本電能的同時又被迫吸收了諧波電能。所以，非線性負載實際消耗 的電能值要小于其吸收的基波電能值，線性負載實際消耗的電能值要大于其吸 收的基波電能值。
為了能夠?qū)崿F(xiàn)對諧波影響的定量分析，本發(fā)明提出了解決的技術(shù)方案 一種
諧波電能計量誤差分析裝置，由以下三個部分組成
諧波數(shù)據(jù)采集部分，用于將由電網(wǎng)采集所得諧波數(shù)據(jù)(具體實施時可以采
用諧波測試儀進行采集)輸入電能數(shù)據(jù)分析部分，所述諧波數(shù)據(jù)包括各次諧波
的電壓、電流和相角；
電能計量誤差數(shù)據(jù)分析部分，包括有模型存儲模塊和誤差分析模塊， 所述模型存儲模塊用于存儲計量誤差模型，以及電能計量表型號所對應(yīng)的模型函數(shù)；所述計量誤差模型為
w〉1_ 附>1 _附>' "A cos^i
式中，e為諧波對電能計量的總誤差，e",。,標識第m次諧波造成的實測誤差數(shù) 據(jù)，^,標識第m次諧波的理論誤差數(shù)據(jù)，f/m、 / 、 ^分別標識第m次諧波的 電壓、電流和相角，c/,、 /,、 ^分別標識基波的電壓、電流和相角，/(w)標識模
型函數(shù)，用于表述^ ，,與^,之間的函數(shù)關(guān)系；
所述誤差分析模塊用于對輸入的諧波數(shù)據(jù)求取待分析理論誤差數(shù)據(jù)，并根 據(jù)電網(wǎng)所用電能計量表型號調(diào)用模型存儲模塊存儲的相應(yīng)模型函數(shù)，將其代入 存儲計量誤差模型構(gòu)成理論誤差數(shù)據(jù)和實測誤差數(shù)據(jù)的變換關(guān)系式，按變換關(guān) 系式求取待分析理論誤差數(shù)據(jù)的相應(yīng)各次諧波實測誤差及總誤差，作為誤差數(shù)
據(jù)分析結(jié)果；
誤差分析結(jié)果輸出部分，用于對電能計量誤差數(shù)據(jù)分析部分獲取的誤差數(shù) 據(jù)分析結(jié)果進行輸出或存儲處理。
具體實施時，諧波電能計量誤差分析裝置可以由廠家生產(chǎn)設(shè)備提供，通過專 用硬件方式實現(xiàn)；也可以利用現(xiàn)有計算機設(shè)備，通過安裝"諧波電能計量誤差分 析軟件包"，采用軟件方式實現(xiàn)。參見附圖2，本發(fā)明提供了實施例的軟件實現(xiàn) 框架，首先是數(shù)據(jù)輸入部分，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及轉(zhuǎn)換、諧波數(shù)據(jù)輸入、表計數(shù)據(jù) 輸入和數(shù)據(jù)查看及修改；然后是分析部分，實現(xiàn)諧波誤差分析、曲線生成和文 本褒貶生成，不僅生成分析數(shù)據(jù)，也能夠根據(jù)預(yù)設(shè)標準進行生成褒貶結(jié)論，便 于管理；數(shù)據(jù)管理部分，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，提供包括數(shù)據(jù)的加入、查詢、刪除、 導(dǎo)出的等操作，還有供客戶使用的幫助模塊。建議由本領(lǐng)域技術(shù)人員基于 VC++6.0語言開發(fā)"諧波電能計量誤差分析軟件包"，數(shù)據(jù)庫模塊采用ACCESS數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)。
因為不同型號的電能計量表由于結(jié)構(gòu)等關(guān)系性能不一，模型函數(shù)表現(xiàn)有所 不同。具體實施時，電能計量表型號及對應(yīng)的模型函數(shù)可以由諧波電能計量誤 差分析裝置廠家預(yù)存進模型存儲模塊，也可作為表計數(shù)據(jù)由客戶根據(jù)自己電網(wǎng) 所用電能計量表的型號選擇輸入。模型函數(shù)可以由實驗獲取，本發(fā)明采用實時
仿真系統(tǒng)(RTDS)可以方便準確地實現(xiàn)獲取。為了便于實施，本發(fā)明提供進一
步技術(shù)方案，實施方式如下
在RTDS中建立仿真模型，參見附圖3，仿真模型包括依次連接的三相交流 電源AC、輸電電路、配電變壓器以及負載，所述負載為待測電能計量表。所述 三相交流電源AC提供A、 B、 C三相電壓電流，可以視為由基波電壓源、諧波 電壓源和諧波電流源疊加構(gòu)成；
采用仿真模型對2 30次諧波分別進行實驗，針對每次諧波通過改變諧波 相角以改變諧波功率大小和方向，每次諧波相角分別取O。， 30°， 60。， 90°， 120°, 150。， 180。；
以MATLAB計算所得第m次諧波的7個理論誤差數(shù)據(jù)， ,2.』 ,7為 輸入樣本，以實時仿真系統(tǒng)實際測量所得第M次諧波的7個實際誤差數(shù)據(jù)^，,1， e ,，,2.』 , ,。。,7為目標樣本，建立一個BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有一個
輸入、 一個輸出、7組樣本；
分別訓(xùn)練各次諧波的相應(yīng)6P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到理論誤差數(shù)據(jù)^,與實際誤差 數(shù)據(jù)^，,之間的函數(shù)關(guān)系，生成待測電能計量表的相應(yīng)模型函數(shù)/^); 將待測電流計量表的型號和相應(yīng)模型函數(shù)/( )存儲到模型存儲模塊。
選擇對2 30次諧波分別進行實驗，調(diào)整相角取0。， 30°， 60。， 90°， 120°，150°， 180°，每取l個相角得到l個理論誤差數(shù)據(jù)和l個實際誤差數(shù)據(jù)，由此得到 每次諧波的7個理論誤差數(shù)據(jù)和7個實際誤差數(shù)據(jù)，最終得到的模型函數(shù)/^)結(jié)果 比較理想，是本發(fā)明經(jīng)過多次實驗后得到的最佳實施方式。但具體實施時，并 不限于這種方式。三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如附圖6，包括有輸入層神經(jīng)元義,、 Z2…x,…義w和隱層神經(jīng)元(9,、 6>2,..o,...o 2，輸出層神經(jīng)元i;、 r2...r4...j;3。
針對每次諧波，設(shè)計BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，訓(xùn)練各次諧波的相應(yīng)^神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)流程如附圖 7所示，首先對BP網(wǎng)絡(luò)初始化，然后輸入訓(xùn)練樣本，計算隱層節(jié)點輸出，計算輸 出層節(jié)點輸出，求",個輸出層節(jié)點的總誤差E，若E滿足要求則訓(xùn)練結(jié)束，否則 判斷是否超過最大迭代次數(shù)。超過則訓(xùn)練失敗，否則繼續(xù)調(diào)整連接權(quán)值，返回 從計算隱層節(jié)點輸出開始重新運行。輸入層第/個節(jié)點與隱層第/個節(jié)點間的連 接權(quán)值為,(/ = 1,2..."" = 1》12)，隱層第j'個節(jié)點與輸出層第)t個節(jié)點間的連接 權(quán)值為,(j = l,2...n2，k = l,2...n3)，先調(diào)整隱層與輸出層之間的權(quán)值Wkj，然后是 的是輸入層與隱層的權(quán)值Wji。本發(fā)明實施例利用圖7所示這種訓(xùn)練流程，只需如 圖8所示對2 30次諧波分別訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即輸入基波的電壓c/,、電流/,和相角 仍，和K、 4、 a，然后利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算e和^。
本發(fā)明還提供了理論誤差數(shù)據(jù)和實測誤差數(shù)據(jù)的求取方式，
用實時仿真系統(tǒng)進行實驗獲取理論誤差數(shù)據(jù)的具體方式如下， 從仿真模型的負載輸入端取出每相的采樣電壓數(shù)據(jù)和采樣電流數(shù)據(jù)，計算每相
的理論總功率/^,,=2^，其中w為諧波次數(shù)，" 為第"次實驗的采樣電壓數(shù)
據(jù)，/"為第n次實驗的采樣電流數(shù)據(jù)，^為總采樣點數(shù)；
由諧波功率得到諧波功率含量，即理論誤差數(shù)據(jù)e t 二K, 畫，其中/],為諧波電壓源和諧波電流源不投入時的基波功率理論值。此過程可以利用
現(xiàn)有軟件MATLAB方便地實現(xiàn)。
采用實時仿真系統(tǒng)進行實驗獲取實際誤差數(shù)據(jù)的具體方式包括以下2個步
驟，
步驟l，根據(jù)待測電能計量表的接線要求，通過實施仿真系統(tǒng)的邏輯器(附 圖4、 5中標識為D/A)實現(xiàn)仿真模型和待測電能計量表的連接。目前所用的電 能計量表一般有要求輸入接線電壓和輸入接相電壓兩類，本發(fā)明提供的連接包 括采用輸入接線電壓方式或輸入接相電壓方式；
所述輸入接線電壓方式參見附圖4，首先在仿真模型的三相交流電源進行設(shè) 定，包括設(shè)定基波電壓源的A相電壓幅值EA和諧波電壓源的A相電壓幅值EAm， 其中m為諧波次數(shù)，并引入到邏輯器相加，得到A相相電壓UA;設(shè)定基波電 壓源的B相電壓幅值EB和諧波電壓源的B相電壓幅值EBm，其中m為諧波次數(shù)， 并引入到邏輯器相加，得到B相相電壓Ujr，設(shè)定基波電壓源的C相電壓幅值 Ec和諧波電壓源的C相電壓幅值Ecm，其中m為諧波次數(shù)，并引入到邏輯器相 加，得到C相相電壓Uc;
然后將A相相電壓Ua和B相相電壓UB引入到邏輯器，得線電壓Uab = Ua —UB;將C相相電壓Uc和B相相電壓UB引入到邏輯器，得線電壓UcB二Uc — UB;
從三相交流電源中的A相回路中提取相電流IAA，所述A相回路由A相基 波電壓源、A相諧波電壓源和A相諧波電流源經(jīng)A相輸電線路組成；從三相交 流電源中的C相回路中提取相電流ICC，所述C相回路由C相基波電壓源、C 相諧波電壓源和C相諧波電流源經(jīng)C相輸電線路組成；再將線電壓UAB、 UcB和相電流IAA、 ICC從邏輯器中引出，放大到 220V/2.5A，輸入到待測電能計量表進行功率測量；
所述輸入接相電壓方式參見附圖5，首先在仿真模型的三相交流電源進行設(shè) 定，包括設(shè)定基波電壓源的A相電壓幅值EA和諧波電壓源的A相電壓幅值EAm， 其中m為諧波次數(shù)，并引入到邏輯器相加，得到A相相電壓LU;設(shè)定基波電 壓源的B相電壓幅值EB和諧波電壓源的B相電壓幅值EBm，其中m為諧波次數(shù)， 并引入到邏輯器相加，得到B相相電壓UB;設(shè)定基波電壓源的C相電壓幅值 Ec和諧波電壓源的C相電壓幅值Ecm，其中m為諧波次數(shù)，并引入到邏輯器相 加，得到C相相電壓Uc;
從三相交流電源中的A相回路中提取相電流IAA，所述A相回路由A相基 波電壓源、A相諧波電壓源和A相諧波電流源經(jīng)A相輸電線路組成；從三相交 流電源屮的B相回路中提取相電流IBB，所述B相回路由B相基波電壓源、B 相諧波電壓源和B相諧波電流源經(jīng)B相輸電線路組成；從三相交流電源中的C 相回路中提取相電流ICC，所述C相回路由C相基波電壓源、C相諧波電壓源 和C相諧波電流源經(jīng)C相輸電線路組成；
相電流IAA、 IBB、 ICC從相應(yīng)回路中提取，因此所述相電流IAA二A相基 波電流IA+A相諧波電流IAm;相電流IBB=B相基波電流IB+B相諧波電流 IBm;相電流ICC=C相基波電流IC+C相諧波電流ICm。
步驟2，由待測電能計量表測量出在疊加第m次諧波作用下的功率4，。,，
在設(shè)定E^、 EBm、 Ecm輸入為0的情況下測貴出僅含基波作用下的功率為/^。,， 得實測誤差數(shù)據(jù)e、re。, =—《，'"00% 。
《—to。/
以A相回路構(gòu)成為例，本發(fā)明為敘述清晰起見，將相電壓源等通過A相進
18行標識，A相基波電壓源、A相諧波電壓源和A相諧波電流源實際上就是三相
交流電源中的A相部分，A相基波電壓源、A相諧波電壓源都屬于A相相電壓 源，因為交流電源的相電壓為正弦波變換形態(tài)，只需設(shè)定基波電壓源的A相電 壓幅值EA，即可表征A相基波電壓源。A相輸電線路即是仿真模型的輸電線路 中相應(yīng)A相部分，輸電線路模擬現(xiàn)實電路中的導(dǎo)線，包含有阻抗屬性，如電阻、 感抗、容抗0
權(quán)利要求
1. 一種諧波電能計量誤差分析裝置，其特征在于由以下三個部分組成，諧波數(shù)據(jù)采集部分，用于將由電網(wǎng)采集所得諧波數(shù)據(jù)輸入電能數(shù)據(jù)分析部分，所述諧波數(shù)據(jù)包括各次諧波的電壓、電流和相角；電能計量誤差數(shù)據(jù)分析部分，包括有模型存儲模塊和誤差分析模塊，所述模型存儲模塊用于存儲計量誤差模型，以及電能計量表型號所對應(yīng)的模型函數(shù)；所述計量誤差模型為式中，e為諧波對電能計量的總誤差，em_real標識第m次諧波造成的實測誤差數(shù)據(jù)，em_thr標識第m次諧波的理論誤差數(shù)據(jù)，Um、Im、分別標識第m次諧波的電壓、電流和相角，U1、I1、分別標識基波的電壓、電流和相角，f(m)標識模型函數(shù)，用于表述em_real與em_thr之間的函數(shù)關(guān)系；所述誤差分析模塊用于對輸入的諧波數(shù)據(jù)求取待分析理論誤差數(shù)據(jù)，并根據(jù)電網(wǎng)所用電能計量表型號調(diào)用模型存儲模塊存儲的相應(yīng)模型函數(shù)，將其代入存儲計量誤差模型構(gòu)成理論誤差數(shù)據(jù)和實測誤差數(shù)據(jù)的變換關(guān)系式，按變換關(guān)系式求取待分析理論誤差數(shù)據(jù)的相應(yīng)各次諧波實測誤差及總誤差，作為誤差數(shù)據(jù)分析結(jié)果；誤差分析結(jié)果輸出部分，用于對電能計量誤差數(shù)據(jù)分析部分獲取的誤差數(shù)據(jù)分析結(jié)果進行輸出或存儲處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧波電能計量誤差分析裝置，其特征在于所述變換 模型函數(shù)采用實時仿真系統(tǒng)獲取。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的諧波電能計量誤差分析裝置，其特征在于采用實時仿真系統(tǒng)獲取變換模型函數(shù)的具體方式如下，建立仿真模型，仿真模型包括依次連接的三相交流電源、輸電電路、配電變壓器以及負載，所述三相交流電源由基波電壓源、諧波電壓源和諧波電流源構(gòu) 成；采用仿真模型對2 30次諧波分別進行實驗，針對每次諧波通過改變諧波相 角以改變諧波功率大小和方向，每次諧波相角分別取O。， 30°， 60°,卯°， 120°， 150°， 180。；以MATLAB計算所得第m次諧波的7個理論誤差數(shù)據(jù)^,J ， ~,2..4,7為 輸入樣本，以實時仿真系統(tǒng)實際測量所得第w次諧波的7個實際誤差數(shù)據(jù)^ re。,l ， e ,—2..、—7為目標樣本，建立一個BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有一個輸入、 一個輸出、7組樣本；分別訓(xùn)練各次諧波的相應(yīng)SP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到理論誤差數(shù)據(jù)^，與實際誤差數(shù) 據(jù)之間的函數(shù)關(guān)系，生成待測電能計量表的相應(yīng)模型函數(shù));將待測電流計量表的型號和相應(yīng)模型函數(shù)/^)存儲到模型存儲模塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的諧波電能計量誤差分析裝置，其特征在于采用實時 仿真系統(tǒng)進行實驗獲取理論誤差數(shù)據(jù)的具體方式如下，從仿真模型的負載輸入端取出每相的采樣電壓數(shù)據(jù)和采樣電流數(shù)據(jù)，計算每相的理論總功率&^&i ，其中w為諧波次數(shù)，w"為第n次實驗的采樣電壓數(shù)據(jù)，^為第w次實驗的采樣電流數(shù)據(jù)，A為總采樣點數(shù)；由諧波功率得到諧波功率含量，即理論誤差數(shù)據(jù)e t =U，xl00% ，其中為諧波電壓源和諧波電流源不投入時的基波功率理論值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的諧波電能計量誤差分析裝置，其特征在于采用實時 仿真系統(tǒng)進行實驗獲取實際誤差數(shù)據(jù)的具體方式包括以下2個步驟，步驟l，根據(jù)待測電能計量表的接線要求，通過實施仿真系統(tǒng)的邏輯器實現(xiàn) 仿真模型和待測電能計量表的連接，所述連接采用輸入接線電壓方式或輸入接 相電壓方式；所述輸入接線電壓方式為，首先在仿真模型的三相交流電源進行設(shè)定，包 括設(shè)定基波電壓源的A相電壓幅值EA和諧波電壓源的A相電壓幅值EAm，其中 m為諧波次數(shù)，并引入到邏輯器相加，得到A相相電壓UA;設(shè)定基波電壓源的 B相電壓幅值EB和諧波電壓源的B相電壓幅值E^，其中m為諧波次數(shù)，并引 入到邏輯器相加，得到B相相電壓Ue;設(shè)定基波電壓源的C相電壓幅值Ec和 諧波電壓源的C相電壓幅值Ecm，其中m為諧波次數(shù)，并引入到邏輯器相加， 得到C相相電壓Uc;然后將A相相電壓Ua和B相相電壓UB引入到邏輯器，得線電壓UAB=UA —UB;將C相相電壓Uc和B相相電壓UB引入到邏輯器，得線電壓UcB二Uc— UB;從三相交流電源中的A相回路中提取相電流IAA，所述A相回路由A相基 波電壓源、A相諧波電壓源和A相諧波電流源經(jīng)A相輸電線路組成；從三相交 流電源中的C相回路中提取相電流ICC，所述C相回路由C相基波電壓源、C 相諧波電壓源和C相諧波電流源經(jīng)C相輸電線路組成；再將線電壓Uab、 UcB和相電流IAA、 ICC從邏輯器中引出，放大到 220V/2.5A，輸入到待測電能計量表進行功率測量；所述輸入接相電壓方式為，首先在仿真模型的三相交流電源進行設(shè)定，包括設(shè)定基波電壓源的A相電壓幅值EA和諧波電壓源的A相電壓幅值EAm，其中 m為諧波次數(shù)，并引入到邏輯器相加，得到A相相電壓UA;設(shè)定基波電壓源的 B相電壓幅值EB和諧波電壓源的B相電壓幅值EBm，其中m為諧波次數(shù)，并引 入到邏輯器相加，得到B相相電壓UB;設(shè)定基波電壓源的C相電壓幅值Ec和 諧波電壓源的C相電壓幅值Ecm，其中m為諧波次數(shù)，并引入到邏輯器相加，得到C相相電壓Uc;從三相交流電源中的A相回路中提取相電流IAA，所述A相回路由A相基 波電壓源、A相諧波電壓源和A相諧波電流源經(jīng)A相輸電線路組成；從三相交 流電源中的B相回路中提取相電流IBB，所述B相回路由B相基波電壓源、B 相諧波電壓源和B相諧波電流源經(jīng)B相輸電線路組成；從三相交流電源中的C 相回路中提取相電流ICC，所述C相回路由C相基波電壓源、C相諧波電壓源 和C相諧波電流源經(jīng)C相輸電線路組成；最后將相電壓UA、 UB、 Uc和相電流IAA、 IBB、 ICC從邏輯器中引出，放 大到220V/2.5A，輸入到待測電能計量表進行功率測量；步驟2，由待測電能計量表測量出在疊加第w次諧波作用下的功率/^,。,，在設(shè)定EAm、 EBm、 Ecm輸入為0的情況下測量出僅含基波作用下的功率為/^。,，得實測誤差數(shù)據(jù)Vre。,=xl00% 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的諧波電能計量誤差分析裝置，其特征在于采用諧波測試儀由電網(wǎng)釆集諧波數(shù)據(jù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的諧波電能計量誤差分析裝置，其特 征在于誤差分析結(jié)果輸出部分包括有數(shù)據(jù)庫模塊、報表模塊和曲線生成模塊，數(shù)據(jù)庫模塊，用于將電能誤差數(shù)據(jù)分析部分的輸出結(jié)果通過數(shù)據(jù)庫的ODBC接 口保存到數(shù)據(jù)庫中，以供用戶査詢操作；報表模塊，用于將誤差數(shù)據(jù)分析結(jié)果 以水晶報表的格式導(dǎo)出；曲線生成模塊，用于將誤差數(shù)據(jù)分析結(jié)果以曲線形式呈現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的諧波電能計量誤差分析裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)庫模塊采用ACCESS數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)。
全文摘要
一種諧波電能計量誤差分析裝置，包括有諧波數(shù)據(jù)采集部分，用于將由電網(wǎng)采集所得諧波數(shù)據(jù)輸入電能數(shù)據(jù)分析部分；電能計量誤差數(shù)據(jù)分析部分，包括有模型存儲模塊和誤差分析模塊，所述模型存儲模塊用于存儲計量誤差模型，以及電能計量表型號所對應(yīng)的模型函數(shù)；所述誤差分析模塊用于對輸入的諧波數(shù)據(jù)求取待分析理論誤差數(shù)據(jù)，求取待分析理論誤差數(shù)據(jù)的相應(yīng)各次諧波實測誤差及總誤差；誤差分析結(jié)果輸出部分，用于對電能計量誤差數(shù)據(jù)分析部分獲取的誤差數(shù)據(jù)分析結(jié)果進行輸出或存儲處理。本發(fā)明能為供電部門挽回因諧波造成的電能計量誤差損失提供定量數(shù)據(jù)依據(jù)，為電力部門治理諧波污染提供定量數(shù)據(jù)依據(jù)。
文檔編號G01R22/06GK101441231SQ20081019710
公開日2009年5月27日 申請日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者向鐵元, 張馮碩, 張繼新, 威 胡, 龍 陽 申請人:武漢大學(xué)