一种面向复杂非线性负载环境的电能计量模拟分析系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向复杂非线性负载环境的电能计量模拟分析系统，所述系统包括：非线性负载模块，综合考虑节能灯、逆变器、变频器的运行特性，既可以实现单体负载的模拟，也可以实现负载的组合模拟；电源模块，模拟多种不同复杂条件下的电网电源工况；输电线路模块，模拟实际输电线路的参数，分析电力系统中输电线路对电能计量的影响；变压器模块，能够实现电压等级的变换和损耗的模拟；电能计量模拟模块，能够模拟不同原理、不同性能的电能计量装置，从而得到模拟的电能计量装置在不同模拟工况下测量时间内的电能值；以及电能计量误差分析模块，通过比较电能计量模拟值与电能计量标准值来分别计算多种不同复杂条件下的电能计量误差。

Electric energy metering simulation analysis system and method for complex non-linear load environment

The invention discloses a method for complex nonlinear load environment simulation analysis of electric energy metering system, the system includes a nonlinear load module, considering the operation characteristics of energy-saving lamps, inverter, inverter, which can realize the simulation of single load, also can realize the combination of the load simulation; power module, power supply simulation a variety of complex conditions; transmission line module, the simulation parameters of the transmission line, analysis of the impact of transmission line in the power system of electric energy metering; transformer module, simulation can realize the transformation and loss of voltage level; measurement simulation module of electric energy, can simulate the different principle, the different properties of the electric energy metering device. In order to simulate the electric energy metering device for measuring time power in different simulation conditions and energy; energy metering error By comparing the simulation value of electric energy measurement and the standard value of electric energy measurement, the electric energy metering errors of different complex conditions are calculated.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计量校准领域，并且更具体地，涉及一种面向复杂非线性负载环境的电能计量模拟分析系统及方法。
技术介绍
电能具有使用灵活方便、干净清洁、舒适环保的特点，在现代社会得到了广泛应用，已经成为国民经济和人民生活最重要的能源之一。电能作为一种商品来生产、分配、销售和使用，与其它商品一样，在电能的发电、供电、用电三方之间存在着一个重要的销售与购买的贸易结算问题。电能计量数据正是这一贸易结算的依据，它的准确性与合理性直接影响到三方的经济利益及贸易公平性，已越来越受到贸易各方的重视。除此以外，电能计量还直接关系到电力系统中发电量、线损、煤耗、厂用电、供电量、用电量等各项技术指标的计算。因此，结合电力工业的发展和科技进步，开展对电能计量问题的全面、深入研究对于电力系统中涉及经济、技术、标准等多方面问题的解决和发展具有重要的意义。近些年，随着电力电子技术的飞速发展和节能环保的迫切需求，传统的简单“电磁式”和“电阻式”用电设备逐渐被新兴“电子式”节能电器所取代。电脑、液晶电视机、节能灯等新型电子设备成为居民必备家用电器，电气化牵引、大型工业用电器和电动汽车等变频变流节能设备得到大规模推广应用，使得电网中节能电器规模化应用的负载点越来越多，传统的线性负荷逐渐向新兴的节能电器类非线性负荷转变。目前，电力系统中用于电能计量装置设计原理都是基于正弦周期电压、电流信号和三相平衡理论的假设，其理论基础是正弦电路功率理论。大规模节能电器的投入运行，导致电网电能质量污染日趋严重，信号波形严重畸变，三相不平衡的现象也越来越多，使得电网信号具有谐波、三相不平衡、电压与电流剧变等复杂特性。非线性负载的大量投入直接影响着电能计量的准确性与合理性。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种面向复杂非线性负载环境的电能计量模拟分析系统，所述系统包括：非线性负载模块，综合考虑了节能灯、逆变器、变频器的运行特性，既可以实现单体负载的模拟，也可以实现多种不同类型负载的组合模拟；电源模块，模拟多种不同复杂条件下的电网电源工况，按照电网实际运行工况配置电压等级和电源容量；输电线路模块，模拟实际输电线路的参数，分析电力系统中输电线路对电能计量的影响；变压器模块，能够实现电压等级的变换和损耗的模拟，减小变压器损耗对系统中电能计量的影响；电能计量模拟模块，能够模拟不同原理、不同性能的电能计量装置，从而得到模拟的电能计量装置在不同模拟工况下测量时间内的电能值；以及电能计量误差分析模块，通过比较电能计量模拟值与电能计量标准值来分别计算多种不同复杂条件下的电能计量误差。优选地，其中电源模块能够模拟三相不平衡、非正弦、间谐波以及、闪变工况。优选地，其中所述电能计量模拟模块模拟全波电能计量装置，经过电压电流采样模块分别得到电压采样信号和电流采样信号后，通过A/D转换模块将所得电压采样信号和电流采样信号分别转换为两个数字信号，之后经过乘法器模块和数字积分器模块的处理，再通过误差补偿模块对计算出的电能值进行校准补偿，从而得到模拟的全波电能计量装置在测量时间内的电能计量模拟值。优选地，其中A/D转换模块能够设置转换的数字信号的位数，从而仿真不同精度的A/D转换单元对电能计量准确度带来的影响。优选地，其中所述电能计量模拟模块模拟基波电能计量装置，经过电压电流采样模块分别得到电压采样信号和电流采样信号后，通过A/D转换模块将所得电压采样信号和电流采样信号分别转换为两个数字信号，之后经过乘法器模块和数字积分器模块的处理，再通过误差补偿模块对计算出的电能值进行校准补偿，从而得到模拟的基波电能计量装置在测量时间内的电能计量模拟值。优选地，其中所述低通滤波处理用于滤除高于50Hz的高频分量。优选地，其中所述电能计量模拟模块模拟谐波电能计量装置，经过电压电流采样模块分别得到电压采样信号和电流采样信号后，通过A/D转换模块将所得电压采样信号和电流采样信号分别转换为离散信号，之后经过快速傅氏变换(Fast Fourier Transformation，FFT)计量模块的处理，得到分相各次的谐波电能、正反不同方向的谐波电能，从而也能够得通过转换到全波电能和基波电能，再通过误差补偿模块对计算出的电能值进行校准补偿，从而得到模拟的谐波电能计量装置在测量时间内的电能计量模拟值。优选地，其中所述电能计量误差分析模块能够分析非线性负载、输电线路和电源工况对电能计量的影响，研究不同环境下各种因素对电能计量带来的误差。根据本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种面向复杂非线性负载环境的电能计量模拟分析方法，所述方法包括：根据至少一个非线性负载中每个非线性负载的运行特性，设置不同模拟环境下非线性负载的运行参数；模拟多种不同复杂条件下的电网电源工况，按照电网实际运行工况配置电压等级和电源容量；模拟实际输电线路的参数，分析电力系统中输电线路对电能计量的影响；实现电压等级的变换和损耗的模拟，减小变压器损耗对系统中电能计量的影响；对电压和电流分别进行采样得到电压采样信号和电流采样信号；将上述所得电压采样信号和电流采样信号分别经过A/D转换运算，转换为两个数字信号；对上述所得两个数字信号进行计算得到模拟的电能计量装置的电能计量模拟值并对其进行校准补偿；以及通过比较电能计量模拟值与电能计量标准值来分别计算多种不同复杂条件下的电能计量误差。优选地，其中所述非线性负载包含节能灯、逆变器以及变频器。优选地，其中所述电网电源工况包括三相不平衡、非正弦、间谐波以及闪变工况。优选地，其中所述A/D转换运算能够设置转换的位数，从而仿真不同精度的A/D转换运算对电能计量准确度带来的影响。优选地，其中所述模拟的电能计量装置的电能计量模拟值包括：模拟的全波电能计量装置的电能计量模拟值、模拟的基波电能计量装置的电能计量模拟值和模拟的谐波电能计量装置的电能计量模拟值。优选地，其中所述模拟的全波电能计量装置的电能计量模拟值的计算包括在A/D转换运算后，将所得的两个数字信号进行乘法器运算和积分器运算来得到模拟的电能值并对其进行校准补偿，从而得到模拟的全波电能计量装置的电能计量模拟值。优选地，其中所述模拟的基波电能计量装置的电能计量模拟值的计算包括在A/D转换运算前对所得采样信号分别进行低通滤波处理，然后将经过A/D转换运算所得的两个数字信号进行乘法器运算和积分器运算来得到模拟的电能值并对其进行校准补偿，从而得到模拟的基波电能计量装置的电能计量模拟值。优选地，其中所述低通滤波处理用于滤除高于50Hz的高频分量。优选地，其中所述模拟的谐波电能计量装置的电能计量模拟值的计算包括在A/D转换运算后，将所得的两个数字信号进行FFT计量得到模拟的电能值并对其进行校准补偿，从而得到模拟的谐波电能计量装置的电能计量模拟值。本专利技术的有益效果在于：在实际电能计量过程中，计量方法本身的误差、A/D转换误差、传感器误差和节能电器谐波等都会影响电能的准确性和合理计量。由于电能计量过程中误差产生因素较多，因此构建包含变频器、逆变器、电动汽车充电桩等非线性负载的运行环境，同时构建包括电压、电流传感器、A/D转换器、滤波网络在内的电能计量模型，利用该系统可以灵活地对不同负载、不同电源、不同电子器件、不同计量方法给电能计量带来的误差进行分析本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向复杂非线性负载环境的电能计量模拟分析系统，所述系统包括：非线性负载模块，综合考虑了节能灯、逆变器、变频器的运行特性，既可以实现单体负载的模拟，也可以实现多种不同类型负载的组合模拟；电源模块，模拟多种不同复杂条件下的电网电源工况，按照电网实际运行工况配置电压等级和电源容量；输电线路模块，模拟实际输电线路的参数，分析电力系统中输电线路对电能计量的影响；变压器模块，能够实现电压等级的变换和损耗的模拟，减小变压器损耗对系统中电能计量的影响；电能计量模拟模块，能够模拟不同原理、不同性能的电能计量装置，从而得到模拟的电能计量装置在不同模拟工况下测量时间内的电能值；以及电能计量误差分析模块，通过比较电能计量模拟值与电能计量标准值来分别计算多种不同复杂条件下的电能计量误差。

【技术特征摘要】
1.一种面向复杂非线性负载环境的电能计量模拟分析系统，所述系统包括：非线性负载模块，综合考虑了节能灯、逆变器、变频器的运行特性，既可以实现单体负载的模拟，也可以实现多种不同类型负载的组合模拟；电源模块，模拟多种不同复杂条件下的电网电源工况，按照电网实际运行工况配置电压等级和电源容量；输电线路模块，模拟实际输电线路的参数，分析电力系统中输电线路对电能计量的影响；变压器模块，能够实现电压等级的变换和损耗的模拟，减小变压器损耗对系统中电能计量的影响；电能计量模拟模块，能够模拟不同原理、不同性能的电能计量装置，从而得到模拟的电能计量装置在不同模拟工况下测量时间内的电能值；以及电能计量误差分析模块，通过比较电能计量模拟值与电能计量标准值来分别计算多种不同复杂条件下的电能计量误差。2.根据权利要求1所述的系统，其中电源模块能够模拟三相不平衡、非正弦、间谐波以及闪变工况。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述电能计量模拟模块模拟全波电能计量装置，经过电压电流采样模块分别得到电压采样信号和电流采样信号后，通过A/D转换模块将所得电压采样信号和电流采样信号分别转换为两个数字信号，之后经过乘法器模块和数字积分器模块的处理，再通过误差补偿模块对计算出的电能值进行校准补偿，从而得到模拟的全波电能计量装置在测量时间内的电能计量模拟值。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述A/D转换模块能够设置转换的数字信号的位数，从而仿真不同精度的A/D转换单元对电能计量准确度带来的影响。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述电能计量模拟模块模拟基波电能计量装置，经过电压电流采样模块分别得到电压采样信号和电流采样信号后，通过A/D转换模块将所得电压采样信号和电流采样信号分别转换为两个数字信号，之后经过乘法器模块和数字积分器模块的处理，再通过误差补偿模块对计算出的电能值进行校准补偿，从而得到模拟的基波电能计量装置在测量时间内的电能计量模拟值。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述低通滤波处理用于滤除高于50Hz的高频分量。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述电能计量模拟模块模拟谐波电能计量装置，经过电压电流采样模块分别得到电压采样信号和电流采样信号后，通过A/D转换模块将所得电压采样信号和电流采样信号分别转换为离散信号，之后经过快速傅氏变换FFT计量模块的处理，得到分相各次的谐波电能、正反不同方向的谐波电能，从而也能够得通过转换到全波电能和基波电能，再通过误差补偿模块对计算出的电能值进行校准补偿，从而得到模拟的谐波电能计量装置在测量时间内的电能计量模拟值。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述电能...

【专利技术属性】
技术研发人员：李贺龙，于海波，徐英辉，章欣，王锐，刘佳，王春雨，陈伟，李立，郭亚辉，樊佳兴，赵康弘，李成，朱丽媛，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网天津市电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11