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含谐波的电能计量系统的研究与实现

李康玉  
【摘要】:随着科学技术的迅猛发展,电力电子技术也在日益更新。近年来,因为用电需求,大量非线性负荷应用到电网当中,向电网中注入了大量的谐波,致使电网信号波形产生畸变。谐波污染不仅会损坏供电网络和用电设备,而且会影响电能计量装置的准确性,严重影响供电企业和线性用户的经济利益。 现在普遍使用的电子式电能表和感应式电能表都只是对基波电能进行准确计量,当电网信号中含有谐波成分时会严重影响这两种电能表的准确性。因此设计一种能够对电网中的谐波电能进行准确计量,并且能够区分谐波电能方向的谐波电能表很有必要性,它不仅能够保证供电企业对线性用户和非线性用户收费的合理性,而且能够作为治理谐波源的依据。 本课题对现有的在电网波形畸变情况下的各种功率定义进行了分析介绍,选用了适合本课题的功率定义方式,对非线性用户采用计量基波电能与谐波电能绝对值的和的方式进行电能计量,而对线性用户则只计量基波电能,以达到对二者收费的合理性。 本系统的硬件结构采用AD+DSP+ARM的双核结构,利用DSP快速的数据处理能力,对经过AD芯片采样后的电压和电流信号进行FFT变换,得到基波和各次谐波的数值,进而达到对基波电能以及谐波电能进行准确计量的目的。数据的采样过程中采用锁相环同步技术,来解决因为采样信号与被采样信号的不同步所引起的FFT频谱泄露问题,通过上位机ARM来完成液晶显示以及键盘操作等人机交互的任务。 最后,对本系统的谐波分析功能、频率测量功能以及液晶显示功能进行了测试。对线性用户和非线性用户的电能计量差异进行了测试和分析,确定对二者采用何种电能计量方式更合理。测试结果表明,对线性用户只计量其消耗的基波电能,而对非线性用户计量其基波电能和谐波电能,这种计量方式比较合理。


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