电能计量实时仿真系统研究.pdfVIP

Research on Real-time Simulating System of Electrical Energy Metering A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of Engineering By Xiong Xuehai Supervised by Prof.Fu Zhihong Major: Electrical Engineering College of Electrical Engineering of Chongqing University, Chongqing, China. May 2011 中文摘要 摘 要 在发展智能电网的新形势下，急需研究分布式能源、储能装置、充电站、微 网等带来的电网双向潮流、双向信息互动、实时电价等新情况下的电能计量新问 题。无功计量收费是大势所趋，可是目前非正弦无功功率理论尚未统一，缺乏非 线性负荷无功计量标准，无功计量问题存在较大争议。谐波污染的严重使妥善处 理谐波电能的准确、合理计量及收费变得迫切。但是，目前缺乏可以方便、快速、 高效应用于进行理论、算法研究验证的系统平台。 论文提出基于dSPACE 平台构建电能计量实时仿真系统，可以开展算法优化 设计、谐波分析、谐波计量、谐波治理、非正弦无功理论、无功计量、无功补偿、 冲击负荷计量和特种谐波源仿真等研究验证。 首先，提出基于dSPACE 平台构建电能计量实时仿真系统的基本思想，详细 论述系统结构和功能，阐述利用该系统进行研究的基本思路和方法。设计制作系 统的输入接口电路，实现电压、电流变换调理和采集。在输入接口电路中，设计 高精度全数字锁相环实现对电网频率进行精密跟踪锁定，使得达到整周期采样或 减小非整周期采样的程度以减小测量误差。实验结果表明，设计的输入接口电路 能实现预期功能，全数字锁相环的锁定精度达到0.0002Hz 以上，能支持各种工况 的实验研究。 其次，设计基于Simulink 建立实时模型和进行仿真实验的方法和流程，选择 四种数值积分算法进行三相三线制电路的有功电能计量建模和实验。实验结果验 证了构建、设计电能计量实时仿真系统的思路、方法、技术的可行性，以及证明 了采用该系统开展高级电能计量研究的可行性。 再次，对国内外各厂家的电能表进行无功电能计量实验发现各厂家所采用的 无功功率理论不同。根据理论定义分析论证 Fryze 时域无功与基于周期函数空间 的通用无功定义对于无功计量相同和差异的原因，分析其无功电能计量统一性条 件和非一致性情况。进行三相四线制电路的无功计量建模和实验研究。理论分析 和实验结果表明：① 此两种功率理论的有功功率定义统一，有功功率的物理意义 明确。② 此两种功率理论对于无功功率的定义适用于正弦和非正弦的情况，在对 称时两种无功功率定义是一致的，此时无功计量结果都相同，而在不对称时两种 无功功率定义就不一致，此时无功计量结果不相同。③K2006 比较仪是采用经典 正弦无功功率定义，故不能准确反映非正弦(即含谐波)时的无功功率。 关键词：电能计量，无功计量，实时仿真，功率理论，全数字锁相环 I 重庆大学硕士学位论文 ABSTRACT Under the new situation of developing smart grid, it is very urgent to study new problems on