非线性负荷的电能计量方法研究

随着电力系统的快速发展,电网中逐渐引入了大量的新型非线性负荷。传统电网难以应对非线性负荷带来的复杂电能特性。为了保障电能计量的准确性,需要一种新的计量方法,文章从现实入手,从数据收集,功率计算,谐波分析,有限元建模,修正结果,误差效正,分六个步骤对非线性负荷电能计量进行研究,通过精准计算,保障了电能计量的准确性。

低压配电系统单相非线性负荷的谐波衰减效应研究

对单相不可控电容滤波整流型电路的仿真和实验研究表明,低压配电系统非线性负荷的谐波特性与电压波形畸变程度相关;提出用电压波形的波峰系数(crest factor)作为非线性负荷谐波电流的衰减效应(attenuation effect)的衡量指标,波峰系数与非线性负荷的谐波发生水平之间具有线性递增关系。分析还表明,在民用低压配电系统中,非线性负荷谐波电流几乎均使其供电端电压呈现平顶波峰的趋势。这一结论与实测电压大部分呈现平顶波一致;同时说明,导致低压系统供电电压畸变的主要因素就是系统中大量存在的分布式谐波源。

独立电力系统非线性负荷暂态特性仿真

针对独立电力系统(IPS)呈现出类型日益复杂、瞬态特性日益强烈的非线性负荷特性,建立了一套以暂态特性研究为目标的IPS仿真系统。基于实装实测电压、电流波形的瞬时功率分析,分别采用平均值法和滤波器法辨识模型关键参数,对某IPS运行全过程实测数据进行仿真和比较,并对冲击性负荷和脉冲性负荷做了重点分析。仿真结果表明,所建模型可以用于模拟实际IPS在各种非线性载荷下供电母线的用电特性,瞬时功率的两种计算方法适用于评估不同负荷特性下的暂态过程。该仿真模型及结果对于指导微网或独立电力系统的构建、设计与改造具有很高的实用价值。

基于拉盖尔多项式的非线性负荷谐波发射水平估计

提出用概率求和估计非线性负荷谐波发射水平的新途径.根据非线性负荷投入前后测量值的数字特征建立逆向求和概率模型,通过测量值的x-y分量的n阶矩与Laguerre多项式逼近求和概率密度函数(pdf:probabilitydensity function):用递推算法估计测量统计值各分量的n阶矩,导出矢量和(幅值)的n阶矩,再用参数平方变换合成pdf,引入尺度因子修正截断误差.这种方法求和时不需要各个随机矢量在相位上具有0～2π的概率分布,使用的统计样本值较少.用实际测量值进行的比较分析证明了该方法的有效性.

非线性负荷对小电流接地故障谐波选线的影响分析

针对小电流接地系统单相接地故障的谐波选线原理,分析得出:故障点故障前谐波电压大小是决定选线可靠性的主要因素。通过分析非线性负荷作为谐波源的特征,及正常运行时产生的谐波电压电流在线路中的分布规律,发现非线性负荷谐波源占主导作用的系统中发生稳定性接地故障时,谐波选线可靠性与故障点位置密切相关,总体而言故障点距离非线性负荷较近时选线可靠性较高,而远离非线性负荷时选线可靠性较低。同时,三相负荷非线性程度不对称时,产生谐波电流大的相选线可靠性高。仿真结果验证了上述观点。

电网中非线性负荷谐波功率方向的确定

电力系统中有谐波存在时,应该了解谐波功率的方向,并按谐波功率的方向确定谐波源的位置。作者从最简单的非线性电路出发,通过比较常规电路的计算结果和频域分析结果,总结了非线性负荷形成谐波功率的特点,提出了确定谐波功率方向的方法,论述了非线性用户的电能计量问题,为进一步完善电能计量工作提供了依据。

低压配电系统单相非线性负荷谐波诺顿模型研究

谐波诺顿模型是一种简化的非线性负荷谐波模型,其构造和使用都是有条件的。对利用两种不同运行状态下的电压和电流波动量构造模型的方法(波动量法)进行理论分析,结果表明:电压波峰系数是影响低压配电系统单相非线性负荷谐波诺顿(Norton)模型成立的关键因素;模型只能在相同的波峰形态下构造(平顶或尖顶),且仅适用于相应的电压波形环境。实验和系统实测数据验证了这一结论。大量的实测结果还表明:在民用低压配电系统中,供电电压几乎均呈平坦波形,这为非线性负荷的谐波Norton模型参数提取提供了良好的构造和使用条件。文中还对通过投切电容器产生电压和电流波动量的方法进行了合理性分析,证实所提方法能有效地获取负荷谐波Norton模型参数。

考虑非线性负荷的静止无功补偿器控制研究

针对电力系统具有非线性负荷的情况下 ,在经典的非线性系统几何结构理论的发展基础上 ,结合非线性系统微分几何理论 ,提出了关于微分代数系统的 M导数、M括号等一些新的概念和定义 ,并详细推导了微分代数系统的完全精确线性化设计。然后将其应用于具有非线性负荷的电力系统静止无功补偿器的控制 ,得到了非线性控制规律。仿真结果表明 ,所设计的静止无功补偿器非线性控制器与常规 PID控制相比 ,具有较好的阻尼特性和电压维持能力 ,同时 ,由于该设计计及了负荷的变化 ,从而更接近于实际情况。

典型单相非线性负荷的精确谐波模型及其谐波衰减特性

针对基于不可控桥式整流电容滤波电路的单相非线性负荷,建立精确的频域谐波模型,该模型得到仿真和实验的验证,可用于对该类非线性负荷的谐波衰减特性进行研究。通过基于模型的分析研究,提出2个表征谐波衰减特性的新指标,即电路导通角衰减系数和电压峰值衰减系数。仿真结果表明,这2个指标与该类非线性负荷的电流谐波总衰减系数有较好的相关性,可以较好地反映系统电压畸变对该类负荷电流谐波特性的影响,揭示了其谐波衰减效应发生的原因,并在一定程度上实现了对非线性负荷谐波衰减效应的定量分析。

低压配电系统中非线性负荷谐波诺顿模型成立条件

低压配电系统中非线性负荷的实验研究表明,电压波形的波峰系数(crest factor)是影响非线性负荷谐波Norton模型成立的关键因素,并通过大量的实测数据进行了验证;提出在电压波形呈现平坦特征的低压配电系统中,非线性负荷能用Norton模型进行简化表示。通过实验与仿真分析结果还表明,选择不同的基准电压,通过波动量法计算得到的Norton模型参数的均值也会存在差异,这种差异对谐波潮流分析并没有影响,但却影响评估负荷谐波贡献水平的准确性及可信度。

计及非线性负荷的AC/DC系统控制策略

详细研究了带非线性负荷的交直流并联系统发电机励磁控制和直流系统控制,将M导数、M括号以及MIMO微分代数系统反馈线性化技术应用到交直流并联多机系统非线性控制器设计中,提出了具有微分代数形式的零动态设计。通过合理选择输出量作为坐标变换量,得到微分代数系统模型的Bronovsky标准形式。针对一个含有AC/DC的多机系统进行仿真,研究结果表明,所设计的非线性控制器与传统的PID控制器相比具有较好的阻尼特性,该控制器能进一步提高系统的动态稳定性。

剖析非线性负荷的无功功率

非线性负荷的无功功率是一个值得关注的问题,传统意义上的无功功率概念已不能全面地对其进行解释。为了能够准确地计算和理解非线性负荷的无功功率,该文采用傅立叶分析方法,导出了非线性负荷的无功功率的计算公式,并且分析了公式中每一项的物理意义,最后通过算例验证了公式的完整性。只要选取合适的采样频率,计算精度就能够满足要求。

用于强非线性负荷的瞬时无功与谐波电流检测算法研究

为解决强非线性与类随机性负荷下的瞬时无功与谐波补偿问题,综合应用ip-iq法和p-q法,提出了一种有效的瞬时无功与谐波电流检测算法。该算法适用于任意工况的三相电路,包括三相四线制电路、电压非对称正弦或含有谐波等情况。理论推导和仿真证明了该算法的正确性和有效性。同时,将该算法进行推广,可实现对任意次谐波正序或负序有功、无功电流的有效提取。

非线性负荷下电能计量的实用化技术探讨

采用实验和挂网运行相结合的方法研究非线性负荷对现有电能表计量性能的影响,探讨非线性负荷下合理的电能计量方式,提出用于非线性负荷下电能表的选型建议和参考依据。

有源滤波器对电压源型非线性负荷稳定性分析

分析了电压源型非线性负荷对基于检测系统电流的并联型有源电力滤波器(SAPF)控制算法稳定性的影响,并给出了解决方案。对于电压源型非线性负荷,由于系统电抗的影响,在使用SAPF进行谐波补偿时会出现谐波放大现象,进而影响SAPF电流跟踪控制算法的稳定性。建立了SAPF、系统电抗和电压源型非线性负载的详细电路模型,并通过闭环传递函数控制模型分析了电压源型非线性负荷对SAPF电流跟踪控制算法的稳定性影响。使用向量比例积分(VPI)控制验证了该数学模型的合理性,并提出了解决方案,仿真和实验结果验证了该模型的正确性。

电力系统非线性负荷谐波源的仿真分析

从理论上推导出电力系统中的非线性负荷在吸收系统基波功率的同时向系统发出谐波,从而成为系统的谐波源。并从功率方向着手,根据非线性负荷的不同作用机理建立不同的仿真模型分别验证了两种不同类型的非线性负荷谐波功率流向。实验结果表明,非线性负荷使系统电压、电流发生畸变,向系统发出谐波功率,从而验证了理论分析的正确性。

非线性负荷下高准确度数据处理技术

对工作于非线性负荷电网下的电子式互感器进行在线校验,数据处理算法的精确度是保证在线校验可靠性的关键。为提高在线校验精度,有效抑制频率波动、间谐波和高次谐波的影响,提出一种基于离散Fourier变换(DFT)算法数据预处理及主频谱修正的改进算法。在离散Fourier变换前对采样数据进行等长度截断叠加,实现相位补偿;构建二阶Hanning自卷积窗函数,对截断采样序列进行离散Fourier变换并提取基频分量,通过主频谱校正得修正后的幅值和相位。采用虚拟仪器开发环境Labview进行仿真,计算了不同叠加次数对改进算法输出值误差的影响,并对几种不同的数据处理算法进行了对比。研究结果表明:叠加次数α=3时,改进算法输出值的误差最小;当电网频率出现±0.5 Hz的频率波动时,改进算法的精确度更高;性能测试结果表明,比差变化<0.01%,角差变化<0.3′,误差分布均匀且无跳变,准确度可达到0.05级,满足对0.2S级电子式互感器的校验要求。研究结果证明了所提算法的有效性。

非线性负荷对配电网电能质量的影响研究

针对非线性负荷影响配电网电能质量的问题,首先分析2种典型非线性负荷模型的运行特性,即单相不可控整流滤波电路和单相可控整流滤波电路模型。然后在MATLAB/SIMULINK中建立这2种典型非线性负荷的仿真模型,根据2种模型的特点,改变其内外的因素,观察电源端和负荷端的电能质量。仿真结果表明,任意次谐波电流与各次谐波电压的幅值、相位以及电路的导通角和截止角均有关;同时也说明,配电网出现低电能质量的主要因素是,配电网中有大量非线性负荷存在,即谐波源的存在。

自适应陷波器在非线性负荷电能计量中的应用

传统电能计量手段在非线性负荷条件下存在较大误差;本文根据非线性负荷的功率特性,将基于LMS(Least Mean Square,最小均方)算法的自适应陷波滤波器应用于电能计量领域,提出了一种全新的非线性负荷电能计量实现方案;仿真实验结果表明相对于传统电能计量手段而言,本方案对非线性负荷的计量更加准确与合理。

典型单相非线性负荷谐波特性研究

在不同用电背景下对各设备进行了大量的谐波测量,对其谐波幅值、相位差异进行了研究分析。并按照住宅建筑和办公建筑的负荷分布情况,对上述设备进行组合,测量不同组合下的谐波状况,验证了由于不同设备相位差异引起的总谐波电流的分散效应。提出了以零序电流比指标作为进行住宅、办公建筑中的中性线截面选择依据的建议。