谐波对电能计量的影响与对策

论文摘要

普通电能表的制造原理决定了它只有在三相平衡、电压和电流为纯正弦波且频率在工频附近很窄的范围内时,才能保证其测量精度。如果供电系统受到谐波污染,其计量准确性将大打折扣。谐波环境下感应式电能表目前的数学模型为基波电能和各次谐波电能乘一定系数之和,频率响应曲线为随功率因数而变化的多条曲线,仅适用于谐波电能(功率),不适用于仅有谐波电压或电流下的情况(不形成谐波电能,但此时电能表读数和只有相同基波电压和电流时的读数不同)。且模型中的参数较难测试,部分参数还会随着电流大小和相位的变化而变化。而对无功功率计量的研究,结论为感应式和电子式无功电能表在仅电流畸变时只计量基波无功,对谐波环境的考虑不够全面。另外没有考虑存在电压互感器(PT)和电流互感器(CT)时,谐波对电能计量装置计量的影响。关于完善谐波对电能计量影响的对策,目前的主要建议是基波电能和谐波电能分开计量,但是即使谐波污染较严重的环境下,谐波电能也很小,达不到鼓励治理谐波的目的。本文主要创新工作有:(1)首次采用理论和试验相结合,用多种函数做最小二乘分析,将误差贡献分为幅值和相位两类。对某次谐波而言,其功率幅值相对于基波的百分比及相位改变保持相对稳定。改进了传统分析只考虑了几种功率因数的情况。分析结果表明:在考虑基波功率的情况下,常用的感应式电能表分别计量基波和各次谐波的读数并进行累加的结果,与同时计量基波和这些谐波的误差达到4.71%。深入分析了谐波对感应式电能表基波功率计量的影响,总结出一种新的感应式电能表计量表达式。支持向量机(SVM)技术的拟合效果良好。(2)首次采用序分量法分析了谐波对无功计量的影响,结果表明谐波环境下目前无功电能表存在很大移相误差,可能达到180°,对其无功计量影响较大。(3)首次分析了谐波对计量装置电能计量可能造成的影响。分析了谐波环境下,PT、CT对电能计量的影响,结果表明其幅值和相位误差对谐波电能的计量将产生较大影响。(4)研究了谐波环境下,对已有电能表通过加装滤波装置来应对谐波对计量的影响;对电能表已测数据考虑根据所测量的谐波情况进行修正。在设计新型电能表时应计量基波电能,同时采集谐波并计算其影响再进行累加。本文采用试验和仿真分析相结合的方法,在谐波对电能计量的影响和完善对策方面作了有益探索,研究成果有较为广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题背景和研究意义
• 1.3 谐波对电能计量影响研究概述
• 1.3.1 基于原理的影响分析
• 1.3.2 基于试验的影响分析
• 1.4 本文的主要研究工作
• 1.5 本文的内容安排
• 第二章 谐波对有功电能表计量的影响分析
• 2.1 引言
• 2.2 有功电能表计量原理
• 2.2.1 感应式有功电能表计量原理
• 2.2.2 电子式有功电能表计量原理
• 2.2.3 感应式有功电能表误差分析
• 2.2.4 电子式有功电能表误差分析
• 2.3 试验系统
• 2.4 基于LMS 的试验分析
• 2.4.1 数据处理过程
• 2.4.2 分析结果
• 2.5 基于SVM 的试验分析
• 2.5.1 SVM 分析原理
• 2.5.2 模型参数的选择
• 2.5.3 分析结果
• 2.6 本章小结
• 第三章 谐波对无功电能表计量的影响分析
• 3.1 引言
• 3.2 误差机理分析
• 3.2.1 基于序分量的感应式无功电能表误差分析
• 3.2.2 电子式无功电能表移相误差分析
• 3.3 试验分析
• 3.3.1 试验简介
• 3.3.2 试验结果分析
• 3.3.3 讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 谐波对电能计量装置的影响
• 4.1 引言
• 4.2 谐波对电磁式互感器的影响分析
• 4.3 谐波对电容式电压互感器影响分析
• 4.4 谐波对电能计量装置总的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 改善谐波对电能表计量影响的对策
• 5.1 引言
• 5.2 对已有电能表的措施
• 5.3 谐波环境下的电能表
• 5.3.1 谐波环境下谐波如何计量分析
• 5.3.2 谐波采集应考虑的一些问题
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文所完成的工作
• 6.2 未来的研究和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的学术论文