专利名称：谐波电网电能计量方法
技术领域：
本发明涉及电网电能计量技术领域，特别涉及一种谐波电网电能的计量方法。
背景技术：
目前，用于电カ系统电能计量的各式各样仪表数以亿计。但是，绝大多数电能计量 仪表的设计原理都是基于正弦周期电压、电流信号的假设，其理论基础是正弦电路功率理 论。少量高档电能计量仪表的设计原理基于非正弦周期电压、电流信号的假设，其理论基础 为传统的非正弦电路功率理论。然而，随着现代科学技术的飞速发展，高电压、大容量的冲击性设备如电弧炉、轧 钢机、粉碎机、电カ牵引机等已广泛应用，不仅使电カ系统各种污染日益严重，电能质量也 日趋劣化，而且由于这类设备具有严重的功率冲击、三相平衡、谐波、间谐波、电压与电流剧 变等复杂特性，直接影响着电能计量的正确性，使得采用基于正弦电路功率理论或传统非 正弦电路功率理论而设计的电能计量仪表均不能真实反映其从电カ系统吸收的电能。谐波问题涉及谐波源分析、畸变波形分析方法、谐波补偿与抑制、谐波限制标准和 谐波下的电能计量等。电能计量是发电企业、输变电企业和用电客户三方结算的依据，在谐 波条件下电能计量不能用传统的电子数字式计量所采用的简单功率代数和来计算。感应式 和电子式电能表均会显现出其先天的不足，都无法正确反映基波电能和谐波电能。因此急需一种在谐波条件下的电网电能计量方法。

发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种在谐波条件下的电网电能计量 方法。本发明的目的是这样实现的本发明提供的谐波电网电能计量方法，包括以下步骤首先采集用户注入电网的 谐波含量及谐波，计算不同时段的谐波波形的波形畸变率THD，然后判断波形畸变率THD与 预设波形畸变率阈值关系，最后分别采用不同的计量方式来计算电能，所述计算电能计量 方式包括通过计算基波功率和谐波功率的代数和的第一计量方式、只计量基波电能的第二 计量方式和同时计量基波电能和谐波电能并区分谐波电能的正负的第三计量方式。进ー步，所述预设波形畸变率阈值包括上限预设波形畸变率阈值和下限预设波形 畸变率阈值，所述波形畸变率THD小于下限预设波形畸变率阈值，则采用第一计量方式；所述波形畸变率THD大于上限预设波形畸变率阈值，则采用第三计量方式；所述波形畸变率THD在上限预设波形畸变率阈值和下限预设波形畸变率阈值之 间时，则采用第二计量方式。进ー步,所述第一计量方式,通过以下公式计算电能W = W1+ E Wn ；其中，Wl表示负荷消耗的基波电能，Wn表示负荷注入电网或消耗N次谐波电能，其中Wn〈0为负荷产生的谐波功率，ffn>0为负荷消耗的谐波功率；所述第二计量方式，通过以下公式计算电能ff = w:+ E wn,ffh = E wn (wn < 0),其中，Wh表示负荷注入电网的谐波电能之和；所述第三计量方式，通过以下公式计算电能ff = w:+ E wn
ffh = E wn (wn < 0)。进一步，所述第一计量方式采用电子式电能表来计算基波功率和谐波功率的代数 和；所述第二计量方式采用在常规电能表的电流、电压回路前加装滤波装置或在电子 式电能表上加装滤波装置后来计算计量基波电能；所述第三计量方式采用能同时分别计量基波电能和谐波电能的电能表来计算电 倉泛。进一步，所述上限预设波形畸变率阈值为5% ;所述下限预设波形畸变率阈值为2%。进一步，所述基波电能，通过以下公式计算A ="40)5%/;式中％代表基波电
能，U” 1:分别表示基波电压和基波电流的有效值，ft代表基波电压和基波电流的相位差，t 代表计量的时间区间；所述谐波电能，通过以下公式计算ir_!r ,%;式中Wn代表n次
谐波电能，un，In分别表示n次谐波电压和n次谐波电流的有效值，％代表n次谐波电压和n 次谐波电流的相位差，t代表计量的时间区间；Wh代表所有谐波总电能；所述注入电网的谐波电能，通过以下公式计算^=Z %且Wn < 0。
ff 二1本发明的优点在于本发明在谐波条件下根据波形畸变率THD的不同设一个门槛 值(参照国家谐波标准限值)以分别采用不同的计量方式，须区分用户是谐波用户还是非谐 波用户，对谐波用户进行限制和处罚，从而实现用电的科学管理，如果谐波影响很小，则视 作线性用户；如果谐波影响较大，则仍视作线性用户，计量其消耗的基波电能和谐波电能之 和，同时记录其注入电网的谐波电能作为技术参考指标；如果谐波影响很大，属典型谐波源 负荷，则计量其消耗的基波电能、谐波电能和注入电网的谐波电能绝对值之和，同时记录其 注入电网谐波电能，因此该电能计量方式实质上就是对污染大的谐波源用户采用计量手段 实施限制，使用户采取技术改造或更换设备等方式以减少注入电网的谐波，最终达到治理 谐波的目的。本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并 且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可 以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要 求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。


为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述，其中图1为本发明实施例提供的谐波电网电能计量方法流程图。
具体实施例方式以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例 仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。图1为本发明实施例提供的谐波电网电能计量方法流程图，如图所示本发明提 供的谐波电网电能计量方法，包括以下步骤首先采集用户注入电网的谐波含量及谐波，计算不同时段的谐波波形的波形畸变率THD，然后判断波形畸变率THD与预设波形畸变率阈值关系；最后分别采用不同的计量方式来计算电能，所述波形畸变率THD小于下限预设波形畸变率阈值，则采用第一计量方式；所述波形畸变率THD大于上限预设波形畸变率阈值，则采用第三计量方式；所述波形畸变率THD在上限预设波形畸变率阈值和下限预设波形畸变率阈值之 间时，则采用第二计量方式。所述计算电能计量方式包括通过计算基波功率和谐波功率的代数和的第一计量 方式、只计量基波电能的第二计量方式和同时计量基波电能和谐波电能并区分谐波电能的 正负的第三计量方式。所述预设波形畸变率阈值包括上限预设波形畸变率阈值和下限预设波形畸变率 阈值，所述第一计量方式，通过以下公式计算电能:W = Wi+ E wx ；其中，W1表示负荷消耗的基波电能，Wn表示负荷注入电网或消耗N次谐波电能，其 中Wn〈0为负荷产生的谐波功率，ffn>0为负荷消耗的谐波功率；所述第二计量方式，通过以下公式计算电能ff = w:+ E wn,ffh = E wn (wn < 0),其中，Wh表示负荷注入电网的谐波电能之和；所述第三计量方式，通过以下公式计算电能ff = w:+ E wnffh = E wn (wn < 0)。所述第一计量方式采用电子式电能表来计算基波功率和谐波功率的代数和；所述第二计量方式采用在常规电能表的电流、电压回路前加装滤波装置或在电子 式电能表上加装滤波装置后来计算计量基波电能；所述第三计量方式采用能同时分别计量基波电能和谐波电能的电能表来计算电 倉泛。所述上限预设波形畸变率阈值为5% ;所述下限预设波形畸变率阈值为2%。
对信号采用加窗插值的FFT变换，可获得信号中基波以及各次谐波的幅值和有效 值，基于此可计算基波电能和谐波电能。设频率为fm、幅值为Am、初相位为0 m，最高谐波次数为P的谐波信号x(t)，以采样 频率fs将其离散化得序列x(n)，用长度为N的Blackman-Harris窗序列wB_H(n)对x(n)加 权截断，得离散加窗信号xw(n)xw(n) = x(n) wB_H(n) n=0，l，2，一N-l(1)对该加窗信号进行离散傅里叶变换可得离散频谱Xw(k)
权利要求
1.谐波电网电能计量方法，其特征在于包括以下步骤首先采集用户注入电网的谐波含量及谐波，计算不同时段的谐波波形的波形畸变率THD，然后判断波形畸变率THD与预设波形畸变率阈值关系，最后分别采用不同的计量方式来计算电能，所述计算电能计量方式包括通过计算基波功率和谐波功率的代数和的第一计量方式、只计量基波电能的第二计量方式和同时计量基波电能和谐波电能并区分谐波电能的正负的第三计量方式。
2.根据权利要求I所述的谐波电网电能计量方法，其特征在于所述预设波形畸变率阈值包括上限预设波形畸变率阈值和下限预设波形畸变率阈值， 所述波形畸变率THD小于下限预设波形畸变率阈值，则采用第一计量方式； 所述波形畸变率THD大于上限预设波形畸变率阈值，则采用第三计量方式； 所述波形畸变率THD在上限预设波形畸变率阈值和下限预设波形畸变率阈值之间时，则采用第二计量方式。
3.根据权利要求2所述的谐波电网电能计量方法，其特征在于所述第一计量方式，通过以下公式计算电能W = W1+ E wn ； 其中，Wl表示负荷消耗的基波电能，fc表示负荷注入电网或消耗N次谐波电能，其中Wn<0为负荷产生的谐波功率，ffn>0为负荷消耗的谐波功率； 所述第二计量方式，通过以下公式计算电能W = W1+ E wn,Wh = E wn (wn < 0), 其中，Wh表示负荷注入电网的谐波电能之和； 所述第三计量方式，通过以下公式计算电能W = W1+ E WnI ,Wh = E wn (wn < 0)。
4.根据权利要求3所述的谐波电网电能计量方法，其特征在于所述第一计量方式采用电子式电能表来计算基波功率和谐波功率的代数和； 所述第二计量方式采用在常规电能表的电流、电压回路前加装滤波装置或在电子式电能表上加装滤波装置后来计算计量基波电能； 所述第三计量方式采用能同时分别计量基波电能和谐波电能的电能表来计算电能。
5.根据权利要求4所述的谐波电网电能计量方法，其特征在于所述上限预设波形畸变率阈值为5% ;所述下限预设波形畸变率阈值为2%。
6.根据权利要求5所述的谐波电网电能计量方法，其特征在于所述基波电能，通过以下公式计算=びZ1COS(^)1む式中W1代表基波电能，U1, I1分别表示基波电压和基波电流的有效值，％代表基波电压和基波电流的相位差，t代表计量的时间区间； 所述谐波电能，通过以下公式计算fj/ =r r CQS(p ,^K=Z冗;式中=Wn代表n次谐波电能，Un，In分别表示n次谐波电压和n次谐波电流的有效值，％代表n次谐波电压和n次谐波电流的相位差，t代表计量的时间区间；Wh代表所有谐波总电能； 所述注入电网的谐波电能，通过以下公式计算wh=Z Riwn < O。
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全文摘要
本发明公开了一种谐波电网电能计量方法，采集用户注入电网的谐波含量及谐波，计算不同时段的谐波波形的波形畸变率THD，判断波形畸变率THD与预设波形畸变率阈值关系，分别采用不同的计量方式来计算电能，本发明在谐波条件下根据波形畸变率THD的不同设一个门槛值(参照国家谐波标准限值)以分别采用不同的计量方式，区分用户是谐波用户还是非谐波用户，如果谐波影响较大，仍视作线性用户，则计量其消耗的基波电能和谐波电能之和，同时记录其注入电网的谐波电能作为技术参考指标；如果谐波影响很大，属典型谐波源负荷，则计量其消耗的基波电能、谐波电能和注入电网的谐波电能绝对值之和，最终达到治理谐波的目的。
文档编号G01R22/06GK102662106SQ20121017353
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者冯俊, 姚思蓼, 张捷, 石孝文, 郑贺伟, 陈鹏 申请人:重庆市电力公司长寿供电局