一种电能表实际运行环境的仿真校验方法技术

一种电能表实际运行环境的仿真校验方法，该方法采集各类典型非线形负荷的线路波形数据，提取同类负荷波形数据中的共有特征成分，形成数学模型并计算得到该波形的特征数据，构建典型非线性负荷特征数据库；采集典型非线性负荷的波形数据，将数据通过插值还原成原型数据，构建典型非线性计量环境原型数据库；功率源从数据库中取出数据仿真输出各类非线性负荷的电压和电流波形。本发明专利技术能实现非线性负荷电能表实际运行环境下的仿真，便于电能表在该种负荷下的离线仿真校验。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，该方法采集各类典型非线形负荷的线路波形数据，提取同类负荷波形数据中的共有特征成分，形成数学模型并计算得到该波形的特征数据，构建典型非线性负荷特征数据库；采集典型非线性负荷的波形数据，将数据通过插值还原成原型数据，构建典型非线性计量环境原型数据库；功率源从数据库中取出数据仿真输出各类非线性负荷的电压和电流波形。本专利技术能实现非线性负荷电能表实际运行环境下的仿真，便于电能表在该种负荷下的离线仿真校验。【专利说明】
本专利技术涉及，属电能计量
。
技术介绍
电力系统的负载情况是多种多样的。除了大量的线性负载，还存在各类非线性负载。随 着电气化铁路和电解工厂的大功率硅整流设备、炼钢交直流电弧炉和电石炉、交流逆变器、 大功率电力拖动设备以及电机变频调速装置的广泛应用，工业非线性负载在迅速的增加。 另外，由于空调、冰箱等家用电器越来越多地采用电力电子器件，使民用负荷也日益呈现出 非线性化的趋势。对于其中的广义非线性负荷，其信号不仅存在波形畸变，且具有频率连续 波动，幅值快速剧烈变化等明显的动态特征。 现行的电能表检定规程，对检定条件作了明确的规定，检定时电能表均在实验室 内稳态条件下进行：只要求在多个指定电流测试点和功率因素测试点上测试被检表的误差 指标，并不对电能表的实际运行环境进行测试。因此有必要提供一种能仿真电能表实际运 行环境的校验方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是：克服现有技术的不足，提出了一种电能表实际运行环境的仿真校验 方法，用于准确模拟和复现电能表的实际运行环境，考核电能表在各类广义非线性负荷下 的动态性能指标。 本专利技术是通过以下技术方案实现：本专利技术以典型非线性负荷特征数据库和典型非 线性计量环境原型数据库里的数据作为功率源的信号数源，用以模拟和复现电能表的实际 运行环境，进而考核其在各类实际非线性负荷运行环境下的性能指标，实现非线性负荷电 能表实际运行环境下的仿真校验。 输出典型非线性负荷模拟波形的实现方案是：先采用电能表现场参数记录仪采集各类 典型非线性负荷的波形数据，提取同类负荷波形数据中的共有特征成分，然后形成该类负 荷的数学模型，再根据数学模型计算得到模拟该类负荷波形的特征数据，最后将各类负荷 的特征数据集中，构建一个典型非线性负荷特征数据库，校验时从数据库中取出需要模拟 负荷的特征数据作为功率源的信号数源，即可输出具有该类负荷特征的电压电流波形。 复现典型非线性计量环境的实现方案是：先采用电能表现场参数记录仪采集典型 非线性负荷的波形数据，再将所采集的数据通过插值拟合，还原成该非线形负荷的原型数 据，最后将各类负荷的原型数据集中，构建一个典型非线性计量环境原型数据库，校验时从 数据库中取出需要复现负荷的原型数据作为功率源的信号数源，即可复现典型非线性计量 环境。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：此方法能够准确模拟和真实复现电能表 的运行环境，可以对现场的各种环境因素，包括电压电流信号的谐波、非周期、冲击等进行 仿真。其仿真的数据能保存在数据库中，便于电能表在非线性负荷下进行离线校验。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术电能表实际运行环境仿真校验方法的示意图； 图2是本专利技术模拟典型非线性负荷的流程图； 图3是本专利技术典型非线性负荷特征数据库中的电弧炉的平均谐波电流波形； 图4是本专利技术典型非线性负荷特征数据库中的计算机和打印机组合产生的主要谐波 电流波形； 图5是本专利技术典型非线性负荷特征数据库中的晶闸管控制电抗器产生的谐波电流波 形； 图6是本专利技术典型非线性负荷特征数据库中的6脉波整流器的谐波电流波形； 图7是本专利技术典型非线性负荷特征数据库中的高压直流换流站的负荷波形；其中，1表 示A相谐波电流波形，2表示B相谐波电流波形，3表示C相谐波电流波形； 图8是本专利技术复现典型非线性计量环境的流程图。 【具体实施方式】 下面结合附图与【具体实施方式】对本专利技术作进一步详细描述： 图1所示是本专利技术电能表实际运行环境仿真校验方法的示意图。 电能表现场参数记录仪用以采集电能表现场实际运行时的非线性负荷波形数据， 并将数据上传给PC机，PC机对数据进行分析处理，分别建立二种数据库，即典型非线性负 荷特征数据库和典型非线性计量环境原型数据库。 功率源从上述的典型非线性负荷特征数据库和典型非线性计量环境原型数据库 读取所需数据，仿真输出各类非线性负荷的电压和电流波形。电能表校验装置记录检测时 电压和电流的具体波形，并接收来自被检表的低频脉冲数据，然后通过通信口将数据传输 到PC机中。PC机接收数据后，计算被检表在各类非线性负荷下的计量误差，同时，PC机还 可以利用该数据对电能表进行非线性计量环境的各种技术分析和处理。 图2所示是本专利技术模拟典型非线性负荷的流程图。输出典型非线性负荷模拟波形 是通过一下步骤实现的： 步骤1 :电能表现场参数记录仪采集各类典型非线性负荷的电压电流波形数据； 步骤2 :根据波形的频率、幅值等变化规律将负荷分类； 步骤3 :提取同类负荷波形数据中的共有特征成份，分析其中的各次谐波含量； 步骤4 :形成该类负荷的数学模型，并由数学模型计算得到模拟该类负荷波形的特征 数据； 步骤5 :将各类负荷的特征数据进行集中； 步骤6 :构建典型非线性负荷特征数据库； 步骤7 :功率源以数据库里数据作为信号数源，输出典型非线性负荷的模拟波形。 图:T图7是本专利技术典型非线性负荷特征数据库中的五种负荷波形。 1、电弧炉产生的谐波电流 电弧炉的伏安特性类似于不规则的四边形，其大小随弧长而变。电流值主要被炉子电 缆以及变压器的阻抗所限。那些阻抗对供电电压有缓冲作用，故使电弧负荷呈现为相对稳 定的谐波电流源。其平均谐波电流含量为2次谐波4. 1%，3次谐波4. 5%，4次谐波1. 8%，5 次谐波2. 1%，7次、8次谐波1. 0%，9次谐波0. 6%，10次谐波0. 5%。如图3所示为电弧炉的 平均谐波电流波形及谐波含量。 2、单相整流产生的谐波电流 现代电器采用的开关模式电源是将输入整流器直接接到交流电源。在这种情况下又 将整流电压变回到很高频率的交流，然后再整流，这样便缺少交流侧电感的平波作用，使窄 电流脉冲直接进入交流系统，从而使谐波电流成份大大增加。目前大多数办公用品都是这 种类型的负荷。其主要谐波电流含量为3次谐波72%，5次谐波60%，7次谐波41%，9次谐波 22. 6%。如图4所示为计算机和打印机组合产生的主要谐波电流波形及谐波含量。 3、晶闸管控制电抗器 采用晶闸管控制电抗器的静态无功补偿器在高压输电系统和有些工业设备（如电弧 炉）中得到普遍应用。这种装置的主要用途是提供快速电压控制能力以及其他相关的功 能。如图5所示为晶闸管控制电抗器产生的谐波电流含量。 4、脉波整流器的谐波电流含量 三相双拍结构可构成6脉波整流器，其产生谐波电流3倍次数的谐波消失，出现的谐波 次数为6fc±l,其中《t+Ι次数的谐波为正序，次数的谐波为负序。如图6所示为6脉 波整流器的谐波电流波形及含量。 5、高压直流换流站的谐波电流含量 所有谐波电流都不平衡，尤其是3次和9次，而且能产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电能表实际运行环境的仿真校验方法，其特征在于，所述方法以典型非线性负荷特征数据库和典型非线性负荷计量环境原型数据库里的数据作为电能表校验装置功率源里功率源的信号数源，用以模拟和复现电能表的实际运行环境，进而考核其在各类实际非线性负荷运行环境下的性能指标，实现非线性负荷电能表实际运行环境下的仿真校验。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：祝婧，刘强，赵震宇，王爱民，马建，陈克绪，朱亮，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网江西省电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11