雙向互動電能計量模式下的諧波分析及應(yīng)用研究.pdf

1、雙向互動電能計量實現(xiàn)智能用電數(shù)據(jù)的采集，為分析與應(yīng)用管理提供科學(xué)依據(jù).隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的展開，電力電子裝置及其它非線性負(fù)荷得到廣泛應(yīng)用，諧波污染的程度急劇上升，甚至超過允許的限度.在研究消除、減少電力系統(tǒng)諧波影響的工作中，諧波分析與諧波電能計量因其重要性受到了極大的關(guān)注。
　　 快速傅里葉變換(fast Fourier transform，F(xiàn)FT)因其簡單、實用且易于在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)而廣泛應(yīng)用于電力諧波參數(shù)(頻率、相位和幅值)

2、估計，但其頻譜泄漏與柵欄效應(yīng)限制了其準(zhǔn)確性.且供電頻率并非恒定值，諧波信號存在不確定性，頻率波動下的諧波參數(shù)估計仍是亟待解決的問題.另外，信號中可能存在的間諧波與背景噪聲也構(gòu)成了對諧波分析的影響.因此，研究準(zhǔn)確、穩(wěn)健且易于嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)的動態(tài)諧波分析新方法，對提高非穩(wěn)態(tài)下諧波分析的準(zhǔn)確性與實時性具有重要的理論和應(yīng)用價值。
　　 論文首先以構(gòu)建雙向互動的智能用電系統(tǒng)為目標(biāo)，分析闡述智能電網(wǎng)下雙向互動電能計量的關(guān)鍵技術(shù).在IEC62

3、056標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，以光纖電能表為對象，研究光纖電能表通信總體規(guī)程、基于COSEM的光纖電能表架構(gòu)以及光纖電能表的功能模塊，建立基于IEC62056的智能用電雙向互動通信規(guī)約架構(gòu).并結(jié)合雙向互動電能計量系統(tǒng)示范區(qū)建設(shè)，簡要介紹手機(jī)短信互動平臺以及基于多智能體技術(shù)的智能交互終端設(shè)計方案。
　　 其次，針對新能源接入對頻率測量的高準(zhǔn)確度要求以及非同步采樣下FFT的泄漏問題，闡述頻譜泄漏、柵欄效應(yīng)產(chǎn)生的原因及解決方法，結(jié)合現(xiàn)有窗函數(shù)的

4、頻譜特性，分析窗函數(shù)的設(shè)計指標(biāo)和設(shè)計原則.在此基礎(chǔ)上，提出一種基于余弦偶次冪窗改進(jìn)FFT的諧波分析方法.通過對離散頻譜的局部峰值搜索，確定諧波頻率附近的幅值最大和次最大譜線，利用最小二乘多項式擬合法推導(dǎo)、建立了各次諧波參數(shù)修正計算式.提出的方法可有效抑制頻率波動、電壓變化以及白噪聲、間諧波的影響，提高基波及各次諧波參數(shù)分析的準(zhǔn)確度.且算法的基頻修正公式僅為一次線性方程，計算簡單且計算量小，適合于對頻率分析準(zhǔn)確度和實時性要求高的應(yīng)用場合。

5、
　　 諧波頻率成分密集的情況下，經(jīng)典窗函數(shù)的頻譜泄漏抑制能力受其旁瓣性能制約。據(jù)此，論文提出一種通過若干余弦窗進(jìn)行自卷積運算得到的新型窗函數(shù)--余弦自卷積窗(cosine self-convolution window，CSCW).以Blackman自卷積窗(Blackmanself-convolution window，BSCW)、Rife-Vincent自卷積窗(Rife-Vincent self-convolutionw

6、indow，RSCW)以及Nuttall自卷積窗(Nuttall self-convolution window，NSCW)為例，分析了余弦自卷積窗函數(shù)的主瓣、旁瓣性能，建立了基于余弦自卷積窗函數(shù)的改進(jìn)FFT諧波分析方法.隨著卷積階數(shù)的增加，余弦自卷積窗的旁瓣峰值電平更低、旁瓣衰減速率更快，頻譜泄漏抑制能力迅速增強(qiáng)，諧波間的相互干擾能夠得到有效抑制，相鄰的密集頻率信號很容易被區(qū)分，結(jié)合改進(jìn)FFT算法能有效克服卷積帶來的頻率分辨率降低的問

7、題，適用于頻率成分密集、復(fù)雜的應(yīng)用場合。
　　 隨后，針對改進(jìn)FFT頻譜插值算法因求解高次方程導(dǎo)致計算量大，以及現(xiàn)有諧波電能計量方法無法諧波電能雙向、準(zhǔn)確計量的問題，結(jié)合Nuttall自卷積窗優(yōu)秀的旁瓣性能，提出一種基于2階Nuttall自卷積窗頻譜相位差校正的諧波分析與諧波電能計量方法.該方法無需計算高次方程，計算簡單且計算量小，使得2階Nuttall自卷積窗優(yōu)秀的頻譜泄漏抑制能力得到充分運用的同時，又可以保證算法的實時性，從

8、而降低對嵌入式系統(tǒng)硬件性能的要求，適合在DSP中嵌入式實現(xiàn)。
　　 最后，針對傳統(tǒng)電能表無法實現(xiàn)諧波電能雙向、準(zhǔn)確計量的缺陷以及智能電網(wǎng)建設(shè)的需求，結(jié)合提出的基于2階Nuttall自卷積窗頻譜相位差校正的諧波分析與諧波電能計量方法，設(shè)計了一種基于ADS8364+ADSP-BF533+AT91SAM9261的新型三相多功能智能電能表，給出了電力諧波雙向準(zhǔn)確測量實現(xiàn)方案.在分析諧波電能計量誤差來源的基礎(chǔ)上，建立了諧波電能計量誤差模型