畸变信号条件下的电能合理计量方法分析

　　摘要在电力企业中，电能计量工作是否准确合理是直接涉及到多项电力能源经济技术指标的，是电力企业和用电用户两者之间进行公平交易的保障。在当前可持续发展理论贯彻落实的背景下，电力能源的节约使用符合我国的基本国策，而实现电能的高效利用和合理调配则离不开电能计量工作。从这方面来说，本文从电力运行系统的实际入手，分析了在畸变信号条件下的电能合理计量的基本方法。
　　关键字畸变信号；电能计量；方法
　　从当前电网运行的实际来看，其存在着大量的非线性负荷和冲击性负荷，采用传统的电能表对于这些谐波的分析远远满足不了全面性和综合性的要求。本文根据用电实际状况把小波分频带测量方法适用于非稳态畸变信号条件下的功率分解测量，从而提出了一种新的合理计量电能的方法，这种方法可以在理论上准确合理的对畸变功率进行测量。
　　1波形畸变的综述
　　当前社会用电需求的增加，使得电力企业的供电运行系统有了新的建设要求，根据电力系统自身运行的状况，它的最为理想的系统是固定频率、电压幅值的标准正弦波，三相的相电压和相电流幅值大小相等、初相角依次相差120。、三相对称。如果系统的运行负荷属于是线性负荷的话，而且负荷投切对电网所带来的冲击力很小，电力系统中的电压和电流信号与电源端的信号是属于同时变化的，具有变化的一致性，是最为理想的三相正弦状态，电网波形段是不存在畸变的。波形畸变一般是由于非线性和冲击性负荷造成的，使电网信号发生了改变，非正弦和非平衡变成了电网的一种常态而存在。
　　1。1稳态畸变信号
　　在大多数情况下，电网信号的畸变发生并不是随意的，它具有变化缓慢和周期性的规律特点，它的这些信号都属于是一种稳态信号，其中就涉及到次谐波、谐波、间谐波、电压波动以及电压的闪变等等。这里所讲的次谐波主要是那些频率在基波电量之下；谐波是频率为基波的整数倍的电量；间谐波是频率为基波的非整数倍的电量；次谐波、谐波和间谐波的产生主要是因为正弦电压施压于非线性负载，使基波电流发生了畸变而产生的。
　　本文中作者所讲的电压波动是因为在供电系统中，由于供电负荷发生了改变，导致供电电压U。渐渐偏离标称电压U。；电压闪变主要指的是在照明灯闪烁的作用下，人眼可以直接观察到的光线变化时的电压波动。
　　我们对于它的基本特征分析，它的特征是频谱的连续时间和持续时间都很短，主要包括两个方面，即振荡暂态和脉冲暂态，两者的定义和内涵也各有差异，其中振荡暂态指的是电压下降、电压上升以及电压瞬时中断等；而暂态脉冲指的是瞬时脉冲或者是突变，这些信号是负荷的频繁所产生，那么对于这一类的信号我们可以将其称之为是冲击性负荷。
　　2非稳态畸变信号条件下的电能合理计量的方法
　　对于这方面内容的分析，我们可以由功率的潮流方向分析可以知道其存在如下四种状况，即：第一，当非线性负载吸收的基波功率（P。）大于零的话，基波的电压和基波电流所产生的功率属于正状态；第二，当基波电压和畸变电流产生的功率（PIs）大于或等于零的话，基波电压和畸变电流产生的功率为非负状态，需要注意的是，这里只包含谐波时为零；第三，当畸变电压和基波电流产生的功率（Psl）小于或等于零的话，畸变电压和基波电流产生的功率处于非正状态，需要注意的是其只包含谐波时为零，但是以基波作为电流的方式会回馈到电网中，不会对电网产生较大的污染；第四，当畸变电压和畸变电流产生的功率（Ps）小于零的话，畸变的功率为负状态，并且按照畸变电流的方式回馈到电网中，会对电网产生一定的污染。那么基于这些层面的原因，合理计量的功率P就应该是如下所示：
　　PPIPIsPsl（PIPIsPslPs）PsPaPS
　　上述表达式中，P。是计量节点a处的实测功率大小；P。是P。中的畸变功率大小。
　　如果a点的畸变电压U（t）和a点的畸变电流Iq（t）属于是高次谐波信号的话，那么上述表达式就可以转换为：
　　PPIPIsPslPI
　　按照上述表达式所制造的电能表就会退化为基波电能表，因此，它的主要适用对象也就是针对于谐波用户来说的。因为所提出的电能合理计量方法主要是根据和实际电网情况相吻合的非稳态畸变信号的数学模型，因此，从理论上来讲，就可以实现随机的、时变信号条件下的电能合理计量，进而实现合理计量。但是，需要注意的是，实现合理计量的关键是把计量功率中的畸变功率准确合理的分离出来。
　　3仿真分析
　　3。1传统的谐波信号仿真分析
　　在传统的谐波信号中，其中最具有典型性和代表性的就是晶闸管半波整流信号，在这个信号中包含有丰富的谐波信号。我们假设晶闸管的控制角为a4，线路的阻抗Z一IQ，电压的幅值大小为Um220V，电流的幅值大小为I。20A，那么就可以列出以下公式：
　　上述表达式中，K表示为整数。
　　具体的仿真结果如下表1所示。（表格为传统谐波信号的仿真结果）
　　根据上述的仿真结果我们可以得出结论：第一，各个功率潮流方向和理性分析结果相一致时，可以验证电能计量合理新方法的正确性；第二，依据于电能计量合理新方法，PPaPs，合理计量的功率理论值是956。4768W，测量值是956。8588W，误差在101数量级内。
　　3。2具有非稳态畸变信号的电网信号仿真
　　随着工业技术的发展创新，现代炼钢开始采用电弧炉进行炼钢，它的负载呈随机性变化，在炼钢的过程中电流会产生非正弦畸变，包括谐波、间谐波、冲击信号以及连续频谱的畸变信号等，基于此，它的信号最能反映出电网的实际状况，仿真结果如表2所示（表为电网信号仿真结果）。
　　如上可得结论：第一各个功率潮流方向是和理论分析结果相一致的，说明了计量新方法的正确合理性；第二，合理计量功率的理论值是900。OOOw，测量值是900。2180W，误差在10。4数量级。
　　4结论
　　通过对非稳态畸变信号条件下的新的电能合理计量方法的研究，进一步验证了这种方法的正确合理性，它为电功率测量的理论构成体系增加了新的内容，使其更为完善，为其创新提供了依据。