[發明專利]一種計及負荷的諧波電能損耗的電能計費方法

有效

• 申請號: 201410828003.4
• 申請日: 2014-12-25
• 公開（公告）號: CN104569528A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 張航;魏長明;毛欣;滕黎
• 申請（專利權）人: 國網重慶市電力公司永川供電分公司
• 主分類號: G01R11/56
• 分類號: G01R11/56;G01R11/54
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 王海鳳

技術領域

本發明涉及電能計費技術領域，尤其涉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

現有電力系統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的發展，采用開關電源和頻率變換裝置的用電設備獲得廣泛應用，配電系統中諧波源負荷的數量和種類也越來越多，如臺式計算機、緊湊型熒光燈、液晶電視機、洗衣機、電冰箱等，使現代電力系統中用電負荷結構發生了重大變化。這些非線性負荷通過對功率的控制實現工業節能，但同時會向電網注入大量諧波，使系統電壓、電流波形畸變，造成諧波污染，并產生附加的諧波電能損耗，對現有功率整流系統的電能計量和節能造成不利影響。

針對電力系統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三相整流電路，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換成諧波功率，分別向電源側和負荷側傳送，但是研究中并未給出非線性負荷諧波功率的解析式。在此基礎上，還有學者推導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，以及有功功率是瞬時功率直流分量的結論，但是推導過程未考慮各次諧波間的耦合，不能真實有效地確定非線性負荷的諧波功率。考慮到整流負荷產生的諧波注入電網將引起系統諧波功率發生變化，因此如何計算負荷的諧波電能損耗，從而更準確地對進行電能計量成為目前亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足之處，本發明的目的在于：提供一種計及考慮負荷的諧波電能損耗，計費更準確的電能計費方法。

為實現上述目的，本發明提供如下的技術方案：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：

步驟1：確定單相整流負荷的諧波電能損耗，具體如下：

S1：根據單相整流負荷的運行特性和諧波產生機理，考慮交流電壓和電流各次諧波分量之間的耦合關系，建立負荷頻域諧波解析模型；

S2：根據步驟S1構建的負荷頻域諧波解析模型，結合單相整流負荷端電壓諧波條件，確定負荷交流側各次諧波電流；

S3：根據步驟S2獲取的負荷交流側各次諧波電流，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；

S4：根據單相整流負荷的諧波功率特性，構建計及諧波耦合的負荷諧波功率損耗模型，根據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，然后再根據目前的電能市價得到單相整流負荷的實際電費。

作為優化，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：

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；

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；

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[α、δ]表示半周波內交流電流導通區間，其中α、δ分別為單相不控的橋式整流電路中二極管的導通角和截止角；

S23：根據單相不控整流負荷的工作原理，建立[α、δ]內的電壓電流平衡方程，經傅立葉變換并整理成矩陣形式，構建單相不控整流負荷頻域諧波解析模型，如式(1)；Ik=Y+Vh+Y-Vh*---(1);]]>

式中I_k為交流側諧波電流向量，V_h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納矩陣，Y⁺的矩陣元素為Y^-的矩陣元素為