企业配电网电能准确计量及管理节能技术研究

【摘要】：我国动态畸变负荷数量众多，电能损失严重。据统计，钢铁、化工、电气化铁路等主要高能耗行业能耗占全社会能耗的70%。高能耗行业多为非线性负荷，其波动性大、无周期规律，谐波含量高等特点，给电能计量装置造成较大误差。为促进电力节能减排、提高电力用户自主节能的积极性，深入系统地研究非线性负荷电能准确计量技术及相关节能技术是十分必要的。 分析了整流装置、电气化铁路、电弧炉等典型非线性负荷的负荷特性及其产生的电能质量问题。从感应式电能表及电子式电能表的工作原理和频率响应特性、有功功率计算方法等方面，分析了电能质量现象，尤其是电力谐波造成的电网电能损耗及对电能计量的影响；探讨了非线性负荷计量方式的选择。 针对波形畸变时有功电能点积和方法计量误差较大的问题，采用了具有3阶代数精度的simpson积分算法，并在波形对称和不对称两种情况下进行算例分析，计算结果表明该积分法有效降低了有功电能的计量误差。提出了一种动态角差补偿算法，该方法结合牛顿插值算法和FIR滤波器法的优点，进一步补偿频率、温度的影响。 针对用电不规律、存在严重电能冲击的非线性负荷，采用零磁通电流传感技术和无级放大技术实现冲击负荷的宽量程电能准确计量，研制了冲击负荷电能表，适用于用电电流变化较大的冲击性负荷，提高了冲击性负荷电能计量精度。 考虑电力谐波在电力元件上造成的电能损耗，提出了改进的电力谐波电价计算模型和全波电能奖惩方法，利用开发工具Delphi7.0开发了基于电能计量的企业配电网管理节能软件，该软件包括各馈线用户电能耗奖惩模块、配电网一次接线图展现模块、智能报表模块、奖惩数据查询模块四大功能模块。该软件利用谐波定价和用电量奖惩的手段促进非线性负荷进行谐波治理、节约用能、提高能源利用率，保证电网安全稳定运行的同时，达到节能减排的效果。 最后，介绍了非线性负荷现场电能质量测试情况。针对某钢铁厂谐波电流含有量大、超标严重的现状，建立负荷配电网简化模型，提出双谐振注入式混合型有源电力滤波器搭配5次、11次单调谐无源滤波器的综合治理方案并进行仿真研究，仿真结果表明所提方案的有效性。分析谐波电能表的运行数据、介绍了节能软件现场应用情况，数据分析表明本文理论分析的正确性及技术方法的有效性。 【关键词】：非线性负荷 负荷特性 谐波 电能计量 动态角差补偿 管理节能
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM73
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 研究现状11-15
• 1.2.1 非线性负荷电能准确计量技术11-14
• 1.2.2 企业配电网管理节能技术14-15
• 1.3 本文的研究内容及各章节内容安排15-16
• 第2章 配电网非线性负荷电能质量问题及影响16-31
• 2.1 典型非线性电能质量问题16-21
• 2.1.1 非线性负荷的定义16-17
• 2.1.2 典型非线性负荷的特性17-21
• 2.2 电力谐波对电能损耗及电能计量的影响21-29
• 2.2.1 电能损耗分析21-23
• 2.2.2 电力谐波对电能计量的影响23-28
• 2.2.3 其他电能质量问题对电能计量的影响28-29
• 2.3 考虑电力谐波的非线性负荷计量方式29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 非线性负荷电能准确计量关键技术研究31-42
• 3.1 畸变负荷有功电能积分算法31-34
• 3.2 高准确度动态角差补偿算法34-39
• 3.2.1 牛顿插值与 FIR 滤波器原理34-37
• 3.2.2 动态角差补偿算法及仿真37-38
• 3.2.3 仿真与实验研究38-39
• 3.3 线性插值引起的计量误差分析及补偿39-41
• 3.3.1 针对准同步采样的插值处理39
• 3.3.2 线性插值引起的谐波分量幅值误差分析39-40
• 3.3.3 线性插值引起的谐波分量相位误差分析40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 计量装置及管理节能软件设计与实现42-57
• 4.1 非线性负荷电能计量硬件的关键技术42-47
• 4.1.1 零磁通电流传感技术42-46
• 4.1.2 无级平滑放大技术46-47
• 4.2 管理节能软件的设计与实现47-52
• 4.2.1 软件设计目标47-48
• 4.2.2 计及电力谐波的电能奖惩算法48-52
• 4.3 软件模块设计与实现52-56
• 4.3.1 数据采集与处理52-54
• 4.3.2 奖惩数据展现模块54-55
• 4.3.3 电耗奖惩模块55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 现场测试与技术应用57-72
• 5.1 非线性负荷电能质量测试及谐波抑制57-67
• 5.1.1 非线性负荷电能质量测试57-63
• 5.1.2 电力谐波抑制方案及仿真63-67
• 5.2 非线性负荷电能准确计量技术应用67-70
• 5.2.1 铁路牵引负荷67-68
• 5.2.2 钢铁厂中频炉负荷68
• 5.2.3 铝制品厂整流负荷68-69
• 5.2.4 电动汽车充电站整流负荷69-70
• 5.3 软件系统应用70-71
• 5.4 本章小结71-72
• 总结和展望72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 附录 A 攻读学位期间主要研究成果79

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