一種計及負荷的諧波電能損耗的電能計費方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電能計費技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種計及負荷的諧波電能損耗的電能計 費方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有電力系統(tǒng)電能計量通常是通過電表進行直接計費，而隨著電力電子技術(shù)的發(fā) 展，采用開關(guān)電源和頻率變換裝置的用電設(shè)備獲得廣泛應(yīng)用，配電系統(tǒng)中諧波源負荷的數(shù) 量和種類也越來越多，如臺式計算機、緊湊型巧光燈、液晶電視機、洗衣機、電冰箱等，使現(xiàn) 代電力系統(tǒng)中用電負荷結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化。該些非線性負荷通過對功率的控制實現(xiàn)工業(yè) 節(jié)能，但同時會向電網(wǎng)注入大量諧波，使系統(tǒng)電壓、電流波形崎變，造成諧波污染，并產(chǎn)生附 加的諧波電能損耗，對現(xiàn)有功率整流系統(tǒng)的電能計量和節(jié)能造成不利影響。
[0003] 針對電力系統(tǒng)中非線性整流負荷的諧波功率及其方向的確定，已有研究基于單相 或=相整流電路，通過實際測試和分析比較指出，非線性元件將基波有功功率和無功功率 中的一部分轉(zhuǎn)換成諧波功率，分別向電源側(cè)和負荷側(cè)傳送，但是研究中并未給出非線性負 荷諧波功率的解析式。在此基礎(chǔ)上，還有學(xué)者推導(dǎo)了非線性負荷的瞬時功率，給出了瞬時功 率交流分量中只含有3, 6, 9….次諧波，W及有功功率是瞬時功率直流分量的結(jié)論，但是推 導(dǎo)過程未考慮各次諧波間的禪合，不能真實有效地確定非線性負荷的諧波功率。考慮到整 流負荷產(chǎn)生的諧波注入電網(wǎng)將引起系統(tǒng)諧波功率發(fā)生變化，因此如何計算負荷的諧波電能 損耗，從而更準(zhǔn)確地對進行電能計量成為目前亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本發(fā)明的目的在于；提供一種計及考慮負 荷的諧波電能損耗，計費更準(zhǔn)確的電能計費方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案；一種計及負荷的諧波電能損耗的 電能計費方法，具體包括如下步驟：
[0006] 步驟1 ;確定單相整流負荷的諧波電能損耗，具體如下：
[0007] S1 ;根據(jù)單相整流負荷的運行特性和諧波產(chǎn)生機理，考慮交流電壓和電流各次諧 波分量之間的禪合關(guān)系，建立負荷頻域諧波解析模型；
[000引 S2 ;根據(jù)步驟S1構(gòu)建的負荷頻域諧波解析模型，結(jié)合單相整流負荷端電壓諧波條 件，確定負荷交流側(cè)各次諧波電流；
[0009] S3 ;根據(jù)步驟S2獲取的負荷交流側(cè)各次諧波電流，基于功率理論得到負荷各次諧 波有功功率解析式和無功功率解析式；
[0010] S4;根據(jù)單相整流負荷的諧波功率特性，構(gòu)建計及諧波禪合的負荷諧波功率損耗 模型，根據(jù)該模型得到單相整流負荷的諧波電能損耗；
[ocm] 步驟2 ;單相整流負荷的實際的電能用量為測得的單相整流負荷的電能用量減去 單相整流負荷的諧波電能損耗，然后再根據(jù)目前的電能市價得到單相整流負荷的實際電 費。
[0012] 作為優(yōu)化，所述步驟SI中建立負荷頻域諧波解析模型為建立單相不控或單相相 控整流負荷頻域諧波解析模型，過程如下：
[0013] S21 ;將單相不控整流負荷用單相不控的橋式整流電路進行等效；
[0014] 單相相控整流負荷用單相晶閩管可控的橋式整流電路進行等效；
[0015] S22 ;通過步驟S21中所述的單相不控的橋式整流電路等效后的單相不控整流負 荷的交流電流呈間斷的脈沖狀波形，引入[a、5]表示半周波內(nèi)交流電流導(dǎo)通區(qū)間，其中 a、5分別為單相不控的橋式整流電路中二極管的導(dǎo)通角和截止角；
[0016] S23 ;根據(jù)單相不控整流負荷的工作原理，建立[a、5 ]內(nèi)的電壓電流平衡方程， 經(jīng)傅立葉變換并整理成矩陣形式，構(gòu)建單相不控整流負荷頻域諧波解析模型，如式（1);
【主權(quán)項】
1. 一種計及負荷的諧波電能損耗的電能計費方法，其特征在于，具體包括如下步驟： 步驟1 :確定單相整流負荷的諧波電能損耗，具體如下： 51 :根據(jù)單相整流負荷的運行特性和諧波產(chǎn)生機理，考慮交流電壓和電流各次諧波分 量之間的耦合關(guān)系，建立負荷頻域諧波解析模型； 52 :根據(jù)步驟S1構(gòu)建的負荷頻域諧波解析模型，結(jié)合單相整流負荷端電壓諧波條件， 確定負荷交流側(cè)各次諧波電流； 53 :根據(jù)步驟S2獲取的負荷交流側(cè)各次諧波電流，基于功率理論得到負荷各次諧波有 功功率解析式和無功功率解析式； 54 :根據(jù)單相整流負荷的諧波功率特性，構(gòu)建計及諧波耦合的負荷諧波功率損耗模型， 根據(jù)該模型得到單相整流負荷的諧波電能損耗； 步驟2 :單相整流負荷的實際的電能用量為測得的單相整流負荷的電能用量減去單相 整流負荷的諧波電能損耗，然后再根據(jù)目前的電能市價得到單相整流負荷的實際電費。
2. 如權(quán)利要求1所述的計及負荷的諧波電能損耗的電能計費方法，其特征在于，所述 步驟S1中建立負荷頻域諧波解析模型為建立單相不控或單相相控整流負荷頻域諧波解析 模型，過程如下： 521 :將單相不控整流負荷用單相不控的橋式整流電路進行等效； 單相相控整流負荷用單相晶閘管可控的橋式整流電路進行等效； 522 :通過步驟S21中所述的單相不控的橋式整流電路等效后的單相不控整流負荷的 交流電流呈間斷的脈沖狀波形，引入[a、S]表示半周波內(nèi)交流電流導(dǎo)通區(qū)間，其中a、S 分別為單相不控的橋式整流電路中二極管的導(dǎo)通角和截止角； 523 :根據(jù)單相不控整流負荷的工作原理，建立[a、S]內(nèi)的電壓電流平衡方程，經(jīng)傅 立葉變換并整理成矩陣形式，構(gòu)建單相不控整流負荷頻域諧波解析模型，如式（1);
式中Ik為交流側(cè)諧波電流向量，Vh和分別為輸入諧波電壓及其共軛向量，Y+和Y+均為單相不控整流負荷輸入的諧波耦合導(dǎo)納矩陣，Y+的矩陣元素為的矩陣元素為 Kn：
其中，R、C分別為直流側(cè)負載電阻和電容，《表示基波角頻率，h，k= 1，3, 5…分別為 諧波電壓次數(shù)和諧波電流次數(shù)； 根據(jù)所述單相晶閘管可控的橋式整流電路，通過對直流負載進行等效，并結(jié)合開關(guān)函 數(shù)和調(diào)制理論，建立單相相控整流負荷頻域諧波解析模型，如式（2);
式中I'k為交流側(cè)諧波電流向量，vh和！^分別為輸入諧波電壓及其共軛向量，Y+'和 均為單相相控整流負荷輸入的諧波耦合導(dǎo)納矩陣，Y+'的矩陣元素為^，為矩陣Y+'的 第一列元素，r'的矩陣元素為
上式中妁為基波電壓相位，a'為晶閘管觸發(fā)角，R、L為直流側(cè)負載電阻和電感，
表示為直流側(cè)等效電阻，0n=arctan(n?L/R)為直流側(cè)等效相位。
3.如權(quán)利要求2所述的計及負荷的諧波電能損耗的電能計費方法，其特征在于，所述 步驟S2中單相整流負荷交流側(cè)各次諧波電流的求解為單相不控或單相相控整流負荷交流 偵恪次諧波電流的求解，過程如下： 531 :設(shè)單相整流負荷的交流側(cè)端電壓為，
其中，Vh和仰分別為h次諧波電壓有效值和相位，H為設(shè)定的最高電壓諧波次數(shù)； 532 :通過式（1)、（la)、（lb)和（3)求出單相不控整流負荷的各次諧波電流Ik，如式 (lc)：
通過式（2)、（2a)、（2b)和（3)求出單相相控整流負荷的各次諧波電流Ik，如式（2c):
其中，'為基波電壓有效值。
4.如權(quán)利要求3所述的計及負荷的諧波電能損耗的電能計費方法，其特征在于，所述 步驟S3中負荷各次諧波有功功率解析式為單相不控或單相相控整流負荷各次諧波有功率 解析式，所述負荷各次諧波無功功率解析式包括單相不控和單相相控整流負荷各次諧波無 功功率解析式，如下： 單相不控整流負荷各次諧波有功功率解析式和無功功率解析式分別如式（Id)和(le)：
其中，Vk和卿分別為k次諧波電壓有效值和相位，Pk表示單相不控整流負荷各次諧波 有功功率，Qk表示單相不控整流負荷各次諧波無功功率； 單相相控整流負荷各次諧波有功和無功功率解析式分別如式（2d)和（2e):
其中，Vk和卿分別為k次諧波電壓有效值和相位，Pk'表示單相相控整流負荷各次諧波 有功功率，Qk'表示單相相控整流負荷各次諧波無功功率。
5.如權(quán)利要求4所述的計及負荷的諧波電能損耗的電能計費方法，其特征在于，所述 步驟S4中計及諧波耦合的負荷諧波功率損耗模型計算單相不控或單相相控整流負荷諧波 電能損耗，如下： 式（If)表示單相不控整流負荷諧波功率損耗模型：
其中，P為單相不控整流負荷諧波有功功率損耗，Q為單相不控整流負荷諧波無功功率 損耗； 式（2f)表示單相相控整流負荷諧波功率損耗模型：
其中，P'為單相相控整流負荷諧波有功功率損耗，Q'為單相相控整流負荷諧波無功功 率損耗。 在計費時間t內(nèi)，單相不控整流負荷的諧波電能損耗W為：
單相相控整流負荷的諧波電能損耗W'為
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種計及負荷的諧波電能損耗的電能計費方法，包括如下步驟，步驟1：確定單相整流負荷的諧波電能損耗，S1：建立負荷頻域諧波解析模型；S2：根據(jù)負荷頻域諧波解析模型，結(jié)合單相整流負荷端電壓諧波條件，確定負荷交流側(cè)各次諧波電流；S3：基于單相整流負荷交流側(cè)各次諧波電流，得到負荷各次諧波有功功率解析式和無功功率解析式；S4：得到單相整流負荷的諧波電能損耗；步驟2：單相整流負荷的實際的電能用量為測得的單相整流負荷的電能用量減去單相整流負荷的諧波電能損耗，然后再根據(jù)目前的電能市價得到單相整流負荷的實際電費。該方法考慮了負荷的諧波電能損耗，從而相對現(xiàn)有技術(shù)能夠準(zhǔn)確地對負荷所用電能進行計費。
【IPC分類】G01R11-56, G01R11-54
【公開號】CN104569528
【申請?zhí)枴緾N201410828003
【發(fā)明人】張航, 魏長明, 毛欣, 滕黎
【申請人】國網(wǎng)重慶市電力公司永川供電分公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月25日