[發(fā)明專利]一種改進的電動汽車充電非線性負(fù)荷諧波電能計量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610874479.0
• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN106645929B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田正其;徐晴;劉建;祝宇楠;周超;龔丹;穆小星;王立輝
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號: G01R22/06
• 分類號: G01R22/06
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 耿英;董建林

本發(fā)明公開了一種電動汽車充電非線性負(fù)荷諧波電能計量方法，在傅里葉變換算法的基礎(chǔ)上，通過采用時間刻度分析方法構(gòu)造符合電動汽車充電特征分布的數(shù)據(jù)分析算法，檢驗非平穩(wěn)信號的局部化特征，調(diào)節(jié)時窗和頻窗的寬度，實現(xiàn)可變的時頻域分辨率，對電動汽車非線性負(fù)荷充電諧波電能計量方法進行優(yōu)化。識別并分離穩(wěn)態(tài)諧波與非穩(wěn)態(tài)諧波；對信號進行時頻分解、分層與重構(gòu)；達到全過程精確計量電能的目的。本發(fā)明能分離電動汽車充電運行時非線性負(fù)荷產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)諧波，通過時間刻度的伸縮和平移等運算，對電力諧波信號進行多刻度細化分析，解決傅里葉變換在電動汽車充電非線性負(fù)荷電能計量方面能力不足的問題，提高電動汽車充電電能計量的準(zhǔn)確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電動汽車充電電能計量系統(tǒng)，特別是涉及一種改進的電動汽車充電非線性負(fù)荷諧波電能計量方法。

背景技術(shù)

目前，電動汽車具有節(jié)能、環(huán)保的特點，在世界各國大力推廣應(yīng)用。電動汽車主要通過常規(guī)充電、快速充電2種充電模式供能，而電動汽車蓄電池充電屬非線性負(fù)荷，充電負(fù)荷的分布在時間和空間上都具有很大隨機性。當(dāng)電動汽車采用大電流快速充電時，會形成150-600A的大電流，并且過分密集的集中充電可能導(dǎo)致充電站瞬時負(fù)荷過大。電動汽車蓄電池充電屬容性負(fù)荷，負(fù)荷功率因數(shù)偏低，充電負(fù)荷體現(xiàn)非線性特征，此外，充電過程的復(fù)雜性，導(dǎo)致充電過程中會產(chǎn)生沖擊性負(fù)荷諧波、非線性負(fù)荷諧波以及瞬態(tài)諧波，造成諧波污染。

電動汽車充電站的電能計量裝置采用智能電能表，該類型電能計量裝置對負(fù)荷的計量方式是基波和諧波功率的綜合功率，即全能量方式，將負(fù)荷消耗的基波有功電能和諧波有功電能進行了代數(shù)相加。對諧波源用戶采用這種計量方式將導(dǎo)致不公平的計量結(jié)果，即諧波源用戶發(fā)出諧波電能，這部分電能與其消耗的基波電能符號相反，相當(dāng)于其消耗的基波電能減去其發(fā)出的諧波電能。

為保證計量準(zhǔn)確可靠，電動汽車充電站的電能計量裝置，必須具備諧波計量、監(jiān)測功能，以及直流電能計量功能和寬負(fù)載計量功能。如何實現(xiàn)復(fù)雜負(fù)荷條件下的精確計量，對電動汽車充電站智能電能表提出了嚴(yán)苛的要求。準(zhǔn)確計量是電力公司在占有電動車充電站發(fā)展市場中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，解決電動車充電計量中的各種難題，將推動新能源汽車的普及。智能電能表通常采用快速傅里葉變換(FFT，fast Fourier transform)算法用于諧波計量，將周期性信號按照傅立葉級數(shù)的方式分解為不同頻率分量的疊加形式，然后利用分離后的信號進行電能相關(guān)參數(shù)的計算。FFT具有較好的頻域分辨率、較高的測量精度，適合用來進行穩(wěn)態(tài)諧波的檢測。

實際情況中，電動汽車充電過程中的諧波信號是實時變化，諧波的復(fù)雜性不斷增加，如出現(xiàn)瞬時突變，白噪聲干擾等情況，F(xiàn)FT算法不能在時域和頻域同時以任意精度逼近被測信號，不能精確獲取各次諧波信號的幅值、頻率和相位，不具備局部化分析能力，不適用于非平穩(wěn)信號，對于諧波檢測存在很大的局限性。FFT算法難以完成電動汽車充電電能精確計量。

從時域/頻域的角度，實現(xiàn)對電力信號精細化分析，是諧波檢測的核心步驟。在FFT變換的基礎(chǔ)上，所采取的短時傅里葉變換(STFT)技術(shù)用一個中心對稱的滑動窗函數(shù)截取觀測信號，對不同時刻的短時段信號進行FFT變換，得到各段信號構(gòu)成的時變矩陣，將信號通過具有不同中心頻率的窄帶濾波器進行濾波。STFT變換通過窗函數(shù)在時域上的滑動，來得到對信號的時頻局部化分析，提升了對非平穩(wěn)信號的分析能力，也較好地減少了頻譜泄露帶來的誤差，但STFT變換仍然在時頻分辨率方面存在不足，信號的時域波形和頻譜不能同時獲得高的分辨率，且其觀測窗固化，局部觀測特性不夠詳細。STFT算法任然難以完成電動汽車充電電能精確計量。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種改進的電動汽車充電非線性負(fù)荷諧波電能計量方法，能分離電動汽車非線性負(fù)荷充電運行時產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)諧波，通過時間刻度的伸縮和平移等運算，對電力非線性負(fù)荷諧波信號進行多刻度細化分析，解決傅里葉變換在非線性負(fù)荷電力計量方面能力不足的問題，提高電動汽車充電電能計量的準(zhǔn)確度。

技術(shù)方案：為達到此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：