智能电能表生产全流程质量数据采集方法研究

当前智能电能表生产企业和电力公司之间缺乏有效的共享机制,缺少对智能电能表从设计制造到运行报废全生命周期各环节质量控制点的全面掌控,导致智能电能表在运行过程中存在批量故障,运维成本和舆情压力较大。针对以上问题,文章对智能电能表生产全流程质量数据采集方法进行研究,设计质量数据采集架构、质量数据模型和质量数据的接入方法,与电力公司侧的计量生产调度平台共同实现对智能电能表的全链条质量数据的采集。试验结果表明,这项采集技术使得数据采集效率提升到原来的8倍,数据准确性也得到提升,为智能电能表的质量管控以及典型应用场景的开发奠定了基础。

考虑广义储能和LCA碳排放的综合能源系统低碳优化运行策略

综合能源系统(IES)是当前能源转型低碳发展背景下实现“双碳”目标的关键,为了提高IES碳减排能力,需要充分利用需求侧负荷资源和传统储能设备等广义储能资源参与IES优化.首先,建立一种综合考虑可再生能源、能源转换设备、广义储能设备、能源市场交易的IES优化运行模型.然后,使用生命周期评估法(LCA)对IES中能源循环、设备循环的全过程进行碳排放量计算,并将碳排放成本纳入系统总成本.最后,利用仿真实验验证所提模型不仅有利于降低IES总调度成本,还能降低系统的碳排放量,有效促进IES的低碳发展.

基于非侵入式负荷监测的反窃电预警方法

为了有效检测用户是否存在窃电行为,文中对用户用电行为展开分析,提出一种基于非侵入式负荷监测的反窃电预警方法。在该方法中,首先利用负荷事件检测、特征提取以及meanshift聚类方法,获得用户各个负荷特征、类别等情况,建立负荷类别对比库以及窃电概率预测模型;根据所建立的窃电行为模型,通过对窃电后的负荷投切事件、使用时长、能耗等进行概率估计,并采用贝叶斯理论对用户用电行为进行推断,实现窃电监测。通过在电能表数据上进行测试,文中方法能够为反窃电提供数据支持,进而为新一代智能电能表反窃电应用奠定基础。

基于数字比较法的宽频标准电流互感器溯源技术研究

对于宽频标准电流互感器的校准,在50 Hz附近的频段通常采用测差的方法,而在低至5 Hz高至2.5 kHz的频率下,由于标准器大都采用磁通门传感器的原理,无法与被检互感器的变比一一对应,因此必须采用同步采样的数字比较方法,文中通过对同轴分流器的宽频特性分析,设计了一种适合同轴分流器自校准的宽频互感器校验仪,以此完成对宽频标准电流互感器的误差校准,并采用多功能校准源与高精度数字万用表的配合实现分流器的校准和溯源。文章提供了完善的校准方案和详实的测试数据,并对各环节的校准不确定度进行了科学的分析,论证了校准方法的合理性和准确性,本方法对目前正在运行的某省电力公司20 Hz示范性电网的计量工作有很大的实用意义。

接入电力电子变压器的光伏及混合储能协调控制策略研究

针对级联型电力电子变压器(power electronic transformer,PET)低压直流端口接入光伏发电和蓄电池与超级电容组成的混合储能系统的应用场景,提出了一种基于PET低压直流电容瞬时功率缺额的超级电容定功率控制参考值确定方法;在此基础上提出一种基于储能荷电状态、直流母线电压和PET功率缺额的光储系统协调控制策略,该策略通过蓄电池组和超级电容的互补工作特性平抑PET母线电压波动,通过基于SOC的改进下垂控制合理分配蓄电池出力,同时通过控制两级式DC/DC变换器充分利用光伏发电电量。该策略同时考虑到电压暂降工况,可以实现蓄电池充放电功率平滑过渡,防止电压暂降恢复时蓄电池对直流母线造成功率冲击。PSCAD仿真结果验证了理论分析和所提协调控制策略的正确性。

模块化多电平换流器测量失准的感知及定位

由于子模块众多,直流电网模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的测量系统复杂度较高,易出现个别传感器测量失准的问题。首先,基于MMC的控制模型,对电压、电流传感器测量失准造成的影响进行了定量分析,研究了MMC中电压及电流间存在的冗余关系,并利用离散积分首次推导了计及测量不确定度的子模块电容电压迭代估计值,该算法的收敛性可由不动点原理加以证明。然后,基于残差范数提出针对各种测量失准工况的感知判据,并给出其灵敏度。最后,通过PSCAD/EMTDC时域仿真进行验证,仿真结果表明:测量失准对MMC各层控制的效果均有不同程度的影响;该文提出的失准判据可在1s内精准感知及定位若干个失准的电压及电流传感器,有效降低其对系统安全稳定运行的影响。

基于Lasso-XGBoost-Stacking的省域电能替代潜力预测方法

为了更好地掌握省域电能替代的量化潜力,提出了一种基于Lasso-XGBoost-Stacking的预测模型。通过交叉特征量化经济发展、环保、能源价格、政策扶持与技术进步共五种影响因素以降低各影响因素之间的多重共线性,并利用Lasso回归模型评价各量化影响因素的权重。以浙江省为例进行电能替代潜力预测分析,预测MAPE(平均绝对百分比误差)为12.22%,其准确性能够满足省域电能替代量化潜力分析的要求。对浙江省多情景电能替代场景分析发现,经济发展因素对电能替代潜力的影响最大,相较于工业、农业等领域,交通业有着最大的电能替代潜力。

模块化串联分布式光伏低压直流并网的效率优化控制策略

为解决分布式光伏在局部阴影下输出功率下降的缺点,提出一种改进型模块化串联分布式光伏低压直流并网系统效率优化策略。重点分析基于分布式最大功率跟踪串联输出光伏系统的输出特性,表明系统在一定电压范围内都能输出最大功率,然后通过理论分析对比电压在指定范围内波动和电压均衡两种情况下的系统传输效率。最后在Matlab/Simulink环境中搭建系统级仿真模型,结果表明提出的效率优化控制策略能够在不增加系统硬件成本的基础上有效减少传输功率损耗,增加系统的发电效率。

智能电风扇设计

电风扇在夏季是一种重要的降温工具。传统的风扇只能通过人为控制挡位来调节风速。基于此,本文设计了一款智能电风扇。该风扇除了能够手动调速,还具有自动模式和蓝牙模式。在自动模式下能判断风扇周围是否有人,从而自动控制风扇的启停,能根据环境温度的高低,自动调整风速。在蓝牙模式下,能用手机APP遥控风扇相关功能。

抗直流影响的TMR电流传感器的原理及其应用

针对复杂电流环境下高精度电流采样的需求,文中设计了一种TMR(隧道磁电阻)抗直流电流传感器。理论分析了传统电流互感器在直流分量下超差的原因,给出了比差和角差与直流分量的关系。阐述了TMR抗直流电流传感器的工作原理,推导了输出电流I_(s)和输入电流I_(p)的关系。测试表明:在半波整流负荷条件下,TMR电流传感器的最大比差为-0.23%、最大角差为+4.92′,TMR电流传感器用于直接接入式电能表,在0.5 A~60 A测量范围内,最大误差为-1.77%,误差为采用传统抗直流电流互感器的三相直接接入式电能表计量误差的9.4%。该电流传感器在直流配网与电动汽车充电计量等方面具有良好应用前景。

基于量子遗传和核模糊聚类的低压台区户变关系识别

户变关系对于营配融合、线损分析等业务的开展具有重要作用。为了得到准确的户变关系,提出一种基于量子遗传和模糊聚类的户变关系识别方法,该方法根据不同台区电能表的电压过零偏移特征不同,采用核模糊C均值聚类对电能表电压的过零偏移进行分类,通过与变压器端的过零偏移比较,实现户变关系识别。主要创新点为:采用量子遗传算法对模糊C均值聚类的聚类中心和核参数进行优化,提高聚类精度和效率;提出一种基于类间距离和类内距离的适应度函数构造方法;引入小生境协同进化策略、动态调整策略、Hadamard门变异策略,提高算法寻优能力。通过对Benchmark函数和UCI数据集特征的仿真测试,验证了所提出方法比标准核模糊C均值聚类具有更高的聚类精度和运算效率。采用文中方法对实际的台区变压器和电能表数据进行归属识别,结果表明,所提出方法得到的结果与真实户变关系一致,具有较好的应用效果。

基于特征电流的户变关系识别方法

针对低压台区户变关系不准确影响台区线损治理、三相不平衡治理和故障抢修等业务的开展,现有识别方法无法兼顾识别准确率和供电可靠性的问题,文中提出了一种基于特征电流信号的户变关系识别方法,电能表作为信号发送端通过通断负载的方式产生特定频率、携带特征信息的谐波电流,变压器低压侧信号接收端采用滑动离散傅里叶变换(DFT)进行实时信号提取解码,通过与特征二进制信息的对比确定户变关系,通过三相电流信号幅值对比确定所属相位。现场试点验证结果表明,文中方法能够准确识别户变关系,且投切过程产生谐波电流低于相国家标准应限值,具有极大的推广价值。

基于分故障模式威布尔分布模型的电能表寿命预判及验证

现场运行故障电能表在不同故障模式形成机制及演化趋势各有差异,文中提出了一种基于分故障模式威布尔分布模型的电能表寿命预判方法。利用电能表进行历史故障数据实测,建立各故障模式失效率威布尔分布模型,根据拟合优度情况,优化部分故障模式预测结果,并对所有故障模式的阶段失效率进行累加;从而获得整体电能表的预期寿命。经现场电能表故障数据验证,表明该方法可有效对电能表寿命进行预判,同时可以预判同批次电能表可能潜在故障,有利于批次电能表状态更换、隐患排查。

基于OIML标准的三相电能表检测装置设计

针对传统检测设备很难满足基于OIML R46国际建议的电能表检测需求的现状,文中介绍了一种三相电能表检测装置设计方案。装置采用模块化设计,包括可程控信号源、线性功率放大器、高精度三相标准电能表和多功能误差处理系统四部分。装置具备数字调幅、调频和调相功能,可输出正弦波、高次谐波、方波和尖顶波等波形,实现对三相电能表的误差校验、功能测试和计量性能保护试验。该方案对国内传统电能表检测设备的改造具有一定的参考价值。

基于小波阈值去噪的直流充电桩电能计量数据去噪算法研究

针对直流充电桩输出电压、电流中包含纹波导致直流电能计量准确性降低的问题,在研究直流电能计量算法基础上,分析纹波如何影响直流电能计量精度,并给出采用经典滤波法后的仿真结果,说明了经典滤波方法的有效性。提出了一种基于小波阈值函数去噪方法的现代滤波算法,对直流充电桩充电实测数据进行去噪处理,同时将改进函数与传统的软、硬阈值小波去噪法分别进行仿真结果对比分析,得到了趋势相同的直流充电数据,验证了改进小波阈值去噪算法对提高直流充电桩计量精度效果最好。

基于模糊聚类算法的电能计量箱接插件性能评估方法

金属接插件的机械、电气等性能直接影响电能计量箱的质量和寿命,目前尚无快速性能评估方法。文中研究电能计量箱金属接插件金属元素含量与性能直接的映射关系,提出基于模糊C均值算法的接插件金属元素含量聚类分析方法。采用层次分析法分析金属接插件的机械、电气等性能权重,并运用模糊C均值算法建立标准库,使得具有相同或者相似金属元素含量的电能计量箱金属接插件基本划分为同一类,实现电能计量箱接插件性能的快速评估。

基于多应力影响威布尔分布模型的电能表寿命预判及验证

电能表不同故障模式的失效分布特征不同,诱发其失效的应力类型和退化过程也各有差异。文中提出了一种基于多应力影响威布尔分布模型的电能表寿命预判方法,应力类型主要包括环境应力及电应力。利用电能表实测历史故障数据建立各故障模式失效率威布尔分布模型,进而针对主要影响应力类型,建立影响应力与各故障模式失效率之间的模型,并计算影响系数,通过调整各故障模式的预测阶段失效率,获得整体电能表的近期寿命。经现场实际电能表故障数据验证,其累计失效率偏差率平均值为1.99%,失效数偏差率平均值为4.41%,表明该方法可有效预判电能表寿命,为电能表状态更换、故障预警提供技术支撑。

一种利用剩余容量的电动汽车充电站无功补偿控制策略

针对如何进一步利用充电站的可调容量问题,提出一种利用充电设施剩余容量的充电站无功补偿控制策略,在提升充电站容量利用率的同时,对配电网进行无功补偿,改善电压质量。首先,建立充电站与其下属充电桩之间的控制模型,以配电网内整体电压偏差最小为目标,考虑车辆的充电需求,通过模型预测控制算法,计算充电站内各个充电桩的输出功率。然后,配电网内各充电站共享各自的功率与电压预测数据,实现各个充电站之间的协调控制,达到配电网充电站所在节点电压质量整体最优的效果。最后,通过仿真验证了所提充电站无功补偿控制策略能有效提升充电站容量利用率,实现充电站节点电压质量整体最优的无功补偿。

批次电能表寿命预判系统设计与实现

为实现批次电能表故障预警及寿命预判,文中开发了一套批次电能表寿命预判系统,该系统通过对电力公司大量现场故障数据的清洗筛选,构建一套用于存储电能表可靠性关联数据模型的故障数据库,并在故障模型库的基础上,开展电能表数据统计分析、批量寿命预判及故障快速诊断等应用模块的开发。系统通过对16个不同厂家、不同型号、共计1020个到货批次电能表的寿命预判分析,其月阶段失效率偏差值低于20%。该系统可为电能表状态更换、故障诊断预警提供技术支撑,有效节省社会资源、缓解环境压力,同时降低电力公司现场运维成本。

基于蓝牙技术的电能表无线检定技术研究

传统的电能表检定通常采用人工接线方式,该方式效率低下,操作不当会导致器件损坏,存在安全隐患。为实现高效、可靠地批量电能表误差检定,文中利用低功耗蓝牙技术实现电能表的无线检定。摒弃蓝牙普通模式,采用蓝牙特殊模式,将蓝牙模块从协议层转发信号,改为从底层寄存器直接转发,极大提高了信号转发的稳定性,经多次测试,稳定性可以达到1μs以下,可以满足现在所有准确度等级电能表的检定要求。在检测时,无需将检表台体上的光电头与待检电能表的光脉冲接口和电脉冲接口相连接,减少人工参与,提高了批量电能表的误差检验效率。文中设计的基于蓝牙技术的无线光电脉冲校测系统适用于具有无线发送模块的待检电能表检测。