基于小波變換的電力系統諧波電能計量

2011-03-14 00:22:08劉峰

黑龍江電力 2011年2期

劉峰

(沈陽工程學院，遼寧沈陽110136)

隨著電力電子技術在各工業部門和用電設備的廣泛使用，現代工業生產設備中使用的交直流換流設備、電弧爐、感應爐以及家用的照明和加熱設備，都會產生大量的諧波電流而注入電網，使電網的電壓和電流波形發生畸變，從而影響電能計量裝置中電能表、電流互感器、電壓互感器計量準確性，對電網的安全、經濟運行造成了嚴重的危害。因此有必要定量地確定諧波源向電網輸送的各次諧波能量，從而為制定相應措施治理諧波。

1 諧波對電能計量裝置的影響

1.1 諧波對電能表計量的影響

電能計量表有感應式和電子式兩種。根據關口計量側實際存在的諧波含量，模擬試驗后可得出感應表、電子表的試驗特性。

電子式電能表基于時分割原理來設計，使其隨頻率的變化誤差較小，其近似模型為PH。P*為全能量，電子式電能表由于具有較寬的頻率響應，對基波電能和諧波電能都能較準確計量，因此有效地記錄了負載的瞬時功率，亦即記錄瞬間消耗的所有有功電能，但由于其將諧波功率和基波功率同等對待，計量誤差將會增大。電子式電能表有較高的采樣頻率，若不采取特殊措施，其計量結果將為基波電能與諧波電能的代數和。當諧波功率與基波功率方向相同時，計量結果為基波電能加上諧波電能。而當諧波功率與基波功率方向相反時，計量結果為基波電能減去諧波電能。由此可知，理論上電子式電能表計量值約等于基波電能與各諧波電能矢量之和;而感應式電能表所計量的電能值是基波電能與各次諧波電能的“部分”矢量之和(考慮諧波電能系數)，比電子式電能表更接近基波電能。所以在諧波量較小的情況下，上述誤差可以忽略不計，當諧波功率較大并考慮諧波方向時，這兩種表在具體計量時會存在不同程度的誤差。

1.2 諧波對電網關口計量裝置總體影響

電能計量裝置中電壓互感器、電流互感器的誤差特性直接影響整個電能計量裝置的綜合誤差。當系統中存在諧波時，二次側輸出波形不能嚴格和一次側輸入波形符合，使得輸入關口電能表的電壓、電流波形失真，導致電能表計量失真，從而導致電能計量裝置的綜合誤差偏移。同理，當電網存在高次諧波時，對電能表計量的準確性有影響，諧波含量愈高電能表計量誤差愈大，從而使電能計量裝置的綜合誤差偏大。

目前使用的多功能電能表無功計量是基波無功的計量，對諧波部分沒有考慮，因為現在還沒有標準，因為有功部分是全波電量，而無功部分是基波無功電量，所以有諧波帶來的誤差。此外，零序功率對三相三線電能表也會產生影響，當電能表接成三相三線時，由于零序電流不能流通，因此其計量的諧波功率與三相四線表有所不同，由于計量結果不受三次諧波功率的影響，理論上可以減小諧波對電能計量結果的影響，但僅限于平衡負荷的情況。

2 基于小波變換理論的諧波電能計量方法

近年來，小波變換作為電力系統諧波的熱門分析方法，由于它具有時域和頻域局部化的特點，克服了傳統的傅立葉變換和短時傅立葉變換方法的缺點，特別適合突變信號和非平穩信號的分析，因而在電力系統諧波計量中將會得到廣泛的應用。

2.1 諧波電能計量方法構成

諧波電能計量的原理框圖如圖1、圖2所示，圖中u (n)為電壓信號;i(n)為輸入的電流信號;u'(n)為經過Hilbert變換(90°移相)后的電壓信號;u0(n)，…uhi(n)，為提取的各次諧波電壓信號;i0(n)，…ih(n)為提取的各次諧波電流信號;u0'(n)，…uh'(n)為提取的經過Hilbert變換的各次諧波電壓信號。