[發(fā)明專利]基于Kaiser窗FFT單峰插值的電能計量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611157854.6
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106814246A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發(fā)明（設計）人: 趙云斌;王路;王軼群;陳璐;姚磊;李樂;穆青青;潘哲哲;沈楊
• 申請（專利權(quán)）人: 貴州電網(wǎng)有限責任公司貴陽供電局;國網(wǎng)電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司
• 主分類號: G01R22/00
• 分類號: G01R22/00
• 代理公司: 武漢帥丞知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司42220
• 代理人: 朱必武

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及供電系統(tǒng)電能計量領域以及數(shù)字化電能計量領域，具體涉及一種基于Kaiser窗FFT單峰插值的電能計量方法。

背景技術(shù)

隨著越來越多的電氣化鐵道、軋鋼機、電弧爐、電動汽車充電樁、提升機、智能家電、電梯等非線性動態(tài)電力負荷的投入使用，在供電電網(wǎng)中產(chǎn)生了大量電力諧波和間諧波。大量電力諧波、間諧波、直流衰減、電壓跌落等干擾成分，造成了供電電網(wǎng)電流、電壓波形的畸變。這些干擾的存在，不僅嚴重影響供電電能質(zhì)量，危及供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，甚至導致嚴重的電力事故，造成巨大的經(jīng)濟損失，而且影響電能計量的準確性。

電能是電網(wǎng)公司、售電公司等進行經(jīng)濟核算的依據(jù)，其能否被正確、準確地計量，直接關系到電力供需雙方的經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)的電能計量方式，是直接按電能定義，將電壓、電流信號的瞬時采樣值相乘、再進行時間積分來計算電能的所謂全電能計量方式。而風力發(fā)電機和光伏電站的并網(wǎng)發(fā)電，以及電弧爐、軋鋼機、電力機車、充電樁等非線性動態(tài)電力負荷的大量投運，在供電電網(wǎng)中，不僅作為負荷要消耗功率，而且作為諧波源、污染源，造成供電電流、電壓波形畸變的同時，會向供電電網(wǎng)注入大量諧波及間諧波功率等。若按傳統(tǒng)的全電能計量方式，諧波源用戶雖然會向電網(wǎng)注入大量諧波干擾，卻還少交電費；而廣大的普通用電戶不僅受到諧波的干擾和危害，而且還要多交電費；同時，這種全電能計量方式也沒有考慮因非同步采樣而導致的頻譜泄露和柵欄效應，故采用這種電能計量方式，無疑可能帶來較大誤差。

而另一種所謂基波電能計量方式，雖然可解決普通電力用戶的用電公平性問題，使普通電力用戶不必為諧波電能多交電費，但諧波源用戶仍僅需支付基波電能電費，而其向供電電網(wǎng)注入的電力諧波污染卻未受到任何處罰。

可見，不論是采用全電能計量方式還是使用基波電能計量方式，均未能解決如何對諧波源用戶向供電電網(wǎng)注入諧波、間諧波等所造成電能計量不準確的問題，更談不上如何通過懲罰措施盡可能削弱諧波源用戶向供電系統(tǒng)注入諧波等干擾。

因此，針對具體、典型動態(tài)非線性負荷造成供電系統(tǒng)電流、電壓波形畸變，如何更準確地提取出基波、諧波和間諧波的幅值、相位和頻率等參數(shù)，是高精度電能計量的一個前提。常用的方法是對被測信號施加窗函數(shù)，傅里葉變換、插值修正等運算。具體是在對被測信號進行FFT前，施加合適的窗函數(shù)，以抑制因非同步采樣和非整周期截斷造成的頻譜泄漏；再借助插值修正，補償柵欄效應導致的誤差。論文“基于多項式逼近的單峰譜線插值算法在間諧波分析中的應用”(肖先勇等.電網(wǎng)技術(shù)，2008)，給出了基于Hanning窗、Hamming窗、Blackman-Harris窗、Rife-Vincent窗的單峰譜線插值修正公式；論文“應用FFT進行電力系統(tǒng)諧波分析的改進算法”(龐浩等.中國電機工程學報，2003)，給出了基于矩形窗、Triangle窗、Hanning窗、Hamming窗、Blackman窗的雙峰插值修正公式；論文“基于三譜線插值FFT的電力諧波分析算法”(牛勝鎖等.中國電機工程學報，2012)、論文“基于五項萊夫-文森特窗的三譜線插值FFT諧波分析”(朱俊偉等.電氣技術(shù)，2015)、論文“基于Nuttall窗的三峰插值諧波算法分析”(翟瑞淼等.電力系統(tǒng)保護與控制，2015)，分別給出了基于Hanning窗、Hamming窗、Blackman窗、Blackman-Harris窗、Rife-Vincent窗、Nuttall窗的三峰譜線插值修正公式；論文“基于四譜線插值FFT的電網(wǎng)諧波檢測方法”(郝柱等.電力系統(tǒng)保護與控制，2014)和論文“基于Nuttall窗四譜線插值FFT的電力諧波分析”(李得民等.電力系統(tǒng)保護與控制，2016)，分別給出了基于Triangle窗、Hanning窗、Hamming窗、Blackman、Nuttall窗的四峰譜線插值修正公式。

但這些已有算法仍存在的問題是：1)由于窗函數(shù)的頻譜性能是固定不變的，故在對動態(tài)信號進行加窗插值修正算法時，計算精度受到窗函數(shù)固定旁瓣性能的限制，導致被測信號中的諧波成分由于受到頻譜泄露的影響的無法精確提取，從而使電能計量的計算準確度降低；2)單峰插值修正公式較復雜、易受頻譜泄漏影響，計算準確度較差；雙峰插值算法對峰值頻點附近蘊含譜線信息利用不充分；三峰插值算法未考慮峰值頻點左右對稱譜線的全面信息；四峰插值算法計算精度最高但算法計算量大大增加，難以滿足實時電能計量等更高要求；3)現(xiàn)有插值修正算法中，普遍存在偶次諧波電能計算準確度較差的問題。

有鑒于此，有必要提供一種基于Kaiser窗FFT單峰插值的電能計量方法，以滿足實際應用需要。

發(fā)明內(nèi)容