一種電力系統時變功率的實時測量方法

2023-04-25 05:57:26

專利名稱：一種電力系統時變功率的實時測量方法
技術領域：
本發明涉及一種電力系統中功率的測量方法，特別是一種從電力系統中任意埠處進行時變功率的測量方法。
背景技術：
隨著經濟的高速發展，電能已經成為最重要的能源之一。作為國民經濟支柱產業的電力工業，在發電、輸電和用電方面均需要對電能進行準確合理的測量，這關係到電力用戶和電力企業的經濟利益及交易的公平性，也是系統安全穩定控制的基礎。隨著電網的發展，電力負荷急劇增長的同時，電力電子器件、電弧爐、電力機車、家用電器等非線性、衝擊性、不對稱負荷大量地投入使用，這些負荷不僅對電網的諧波汙染日益嚴重，而且造成很大的計量誤差，使得傳統的基於周期性的正弦信號的功率測量技術不再適用。瞬時功率包括有瞬時有功功率和瞬時無功功率。目前，全世界統一實行採用的瞬時功率的計算標準是由美國電氣和電子工程師協會制定的標準，即IEEE標準。它屬於一種頻域功率，僅適用於周期性變化的電信號。由於目前電力系統中，非線性、不對稱和衝擊性的負荷的大量投入使用，致使電力系統的電信號時時出現非正弦的電信號，無論是周期性的電信號，還是非周期性的電信號，按照IEEE標準，所測量計算的瞬時無功功率誤差很大， 如圖2和圖4所示；而瞬時有功功率均能夠準確測量計算。瞬時無功功率測量計算準確性過低，就會導致無法對電力系統進行有效的無功補償和系統安全穩定控制，極可能使電力系統失穩，造成系統癱瘓形成重大電力事故。因此，準確地測量電力系統任意埠處的瞬時功率，特別是準確測量瞬時無功功率，是本領域的技術人員亟待解決的技術問題。本發明所述的時變功率指的就是瞬時功率，它包括有時變有功功率和時變無功功率。

發明內容
本發明的目的就是提供一種電力系統時變功率的實時測量方法，無論是周期性的電信號，還是非周期性的電信號，它均能夠實時準確地測量時變功率，不僅能實時準確測量時變有功功率，更重要的是能夠實時準確測量時變無功功率，為電力系統的無功補償和系統安全穩定控制奠定堅實的基礎。本發明的目的是通過這樣的技術方案實現的，它包括有如下的步驟(1)、採集埠的電信號11(0」(0 用信號採集器實時測量埠上任何一處的電信號，即通過埠處的電壓瞬時信號u(t)和電流瞬時信號i(t)，從而獲得N組隨時間變化且成雙配對的一系列電信號u(t)、i(t)的序列值，測量電信號u(t)、i(t)的時間間隔為T，且0.05ms彡T彡5ms， 100 ^ N ^ 10000 ；(2)、計算出第一電壓參數係數Au(t)、第二電壓參數係數Bu(t)、第一電流參數係數Ai (t)、第二電流參數係數Bi (t)①、計算第一電壓參數係數Au (t)、第二電壓參數係數Bu (t)
將步驟(1)獲取的N個電壓瞬時信號u(t)序列值依次輸入到快速傅立葉變換器 (FFT)中，經快速傅立葉變換器(FFT)處理後，輸出電壓信號的直流分量U。，同時輸出N-I組電壓信號的kHz諧波分量的電壓幅值Uk和電壓相位電壓直流分量U。、電壓幅值Uk和電壓相位Vku滿足如下的表達式
權利要求
1. 一種電力系統時變功率的實時測量方法。它包括有如下的步驟(1)、採集埠的電信號11(0」(0 用信號採集器實時測量埠上任何一處的電信號，即通過埠處的電壓瞬時信號u (t) 和電流瞬時信號i(t)，從而獲得N組隨時間變化且成雙配對的一系列電信號u (t)、i(t)的序列值，測量電信號u (t)、i (t)的時間間隔為T，且0. 05ms彡T彡5ms, 100 ^ N ^ 10000 ；O)、計算出第一電壓參數係數Au(t)、第二電壓參數係數Bu(t)、第一電流參數係數 Ai (t)、第二電流參數係數Bi (t)①、計算第一電壓參數係數Au(t)、第二電壓參數係數Bu(t)將步驟⑴獲取的N個電壓瞬時信號u (t)序列值依次輸入到快速傅立葉變換器(FFT) 中，經快速傅立葉變換器(FFT)處理後，輸出電壓信號的直流分量Utl，同時輸出N-I組電壓信號的kHz諧波分量的電壓幅值Uk和電壓相位Ψ。電壓直流分量Uci、電壓幅值Uk和電壓相位Vku滿足如下的表達式N-Iu (t) =U0+Σ Uk sin(okt+ ￥ku) k=l式中《1;是詘2諧波分量的角頻率，且Qk = kX2Ji (rad/s)，其中，k= 1,2,3……，N-I ；將得到的直流分量Utl、電壓幅值Uk和電壓相位代入如下的公式中，分別計算出t 時刻的第一電壓參數係數Au(t)和第二電壓參數係數Bu (t)N-IAu (t) =U0Cos ω got+ Σ Uk sin (( ω k-ω 50) t+ ￥ku) k=lN-IBu (t) =U0Sin ω got+Σ Uk cos (( ω k-ω 50) t+ ￥ku) k=l式中ω5(1是電信號的基波角頻率，且ω5。= 50X2 π (rad/s) = IOOji (rad/s)；第一電壓參數係數Au(t)和第二電壓參數係數Bu(t)滿足電壓瞬時信號u(t)的瞬變正弦函數表達式:u(t) = Au (t) cos ω 50t+Bu(t) sin ω 50t ；②、計算第一電流參數係數Ai(t)、第二電流參數係數Bi (t)將步驟(1)獲取的N個電流瞬時信號i(t)序列值依次輸入到快速傅立葉變換器(FFT) 中，經快速傅立葉變換器(FFT)處理後，輸出電流信號的直流分量Itl,同時輸出N-I組電流信號的kHz諧波分量的電流幅值Ik和電流相位ΨΛ電流直流分量Itl、電流幅值Ik和電流相位IlV滿足如下的表達式N-Ii (t) =I0+ Σ Ik sin ( ω kt+ Fk1) k=l將得到的直流分量Ιο、電流幅值Ik和電流相位Vki代入如下的公式中，分別計算出t 時刻的第一電流參數係數Ai⑴和第二電流參數係數Bi (t)N-IAi (t) =I0COS ω sot+ Σ Ik sin (( ω k- ω 50) t+ Fk1) k=lN-IBi (t) =I0Sin ω 50t+ Σ Ik cos (( ω「ω 50) t+ Fk1)第一電流參數係數AJt)和第二電流參數係數Bi (t)滿足電流瞬時信號i(t)的瞬變正弦函數表達式i (t) = Ai (t) cos ω ^t+Bi (t) sin ω 50t ；(3)、計算出該埠處每一時刻的時變有功功率P(t)和時變無功功率Q(t) 將步驟(2)得到的第一電壓參數係數Au(t)、第二電壓參數係數Bu(t)、第一電流參數係數Ai (t)、第二電流參數係數Bi (t)代入下列公式中計算 P(t) = [Au (t) Ai (t)+Bu (t) BiU)]/2 Q(t) = [Au WBi W-Ai (t)Bu(t)]/2通過上式計算，即能準確地測量出該埠任意t時刻的時變有功功率P(t)和時變無功功率Q(t)。
2.如權利要求1所述的電力系統時變功率的實時測量方法，其特徵在於測量電信號 u(t)、i (t)的時間間隔T為0. 05ms。
3.如權利要求1所述的電力系統時變功率的實時測量方法，其特徵在於測量電信號 u(t)、i (t)的時間間隔T為0. 5ms。
4.如權利要求1所述的電力系統時變功率的實時測量方法，其特徵在於測量電信號 u(t)、i(t)的時間間隔T為5ms。
全文摘要
一種電力系統時變功率的實時測量方法，它包括有如下步驟採集埠處的電信號u(t)、i(t)，測量第一電壓參數係數Au(t)、第二電壓參數係數Bu(t)、第一電流參數係數Ai(t)、第二電流參數係數Bi(t)，得到電信號u(t)、i(t)的正弦表達式，從而準確地測量出該埠每一時刻的時變有功功率P(t)和時變無功Q(t)。無論是周期性的電信號，還是非周期性的電信號，本發明均可以準確的實時測量時變有功功率和時變無功功率，準確度在98%以上，可為電力系統的無功補償和系統安全穩定控制奠定堅實的基礎。
文檔編號G01R21/06GK102445595SQ20111028644
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月23日 優先權日2011年9月23日
發明者仇淑敏, 馮樹輝, 唐昆明, 姜傑, 孫小江, 張太勤, 張捷, 朱特, 李閻君, 殷家敏, 王洪亮, 王洪彬, 王鵬, 羅建, 趙廣泉, 黃煉 申請人:重慶大學, 重慶市電力公司長壽供電局, 重慶新世傑電氣股份有限公司