电能计量误差分析软件设计与实现

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1、第26卷第1期2006年1月电能计量误差分析软件设计与实现谢鹏】,周青山2,汪毅！向铁元1(1.武汉大学电气工程学院，湖北武汉430072;2.湖北省电力勘测设计院，湖北武汉430024)摘要：分析了畸变波形下感应式电能表和全电了式电能表的计量i吴差，引入BP神经网络建立电能表计量误差数学模型。用VC卄ncUI：发了谐波电能计量误差分析软件，并应用多线程技术，把神经网络模块和计算模块等放在主线程屮实现，而把数据采集模块放在后台工作线程屮。采用加汉宁窗和插值改进的傅里叶变换，分析各次谐波电流和电压的幅值、相位。该软件可实现手工输入数据计算，也可配合

2、数据采集系统实时计算出各次谐波对电能计量装臂的计量误差和总计量误差。该软件已投入实际运行且情况良好。关键词：EP神经网络；谐波；电能计量误差；改进FFT中图分类号：TM930.115文献标识码：B文章编号：1006-6047(2006)01-0076-030引言近年来，随着直流输电和柔性技术的应用，电气化铁路的快速发展，化工、冶金、煤炭等工业部门大量应用电力电子等设备，电网谐波含量大大増加，电网波形畸变越来越严重。电能计量是发电企业、输配电企业和电力用户之间进行经济结算的依据，它的准确性与合理性直接影响三者的利益。日前，供电部门采用的电能计量装置

3、是感应式电能表和全电了式电能表。感应式电能表只在工频附近很窄的频率范围内且电圧、电流为正弦波的条件下才有很好的工作性能，可以认为计量的就是实际电能，而当计量点存在谐波时，感应式电能表既不能准确计量总的畸变电能，亦不能准确反映其中的基波电能。按照电能计量只计量基波的观点，感应式电能表会多计量线性负荷的电量，少计量非线性负荷的电量。全电了式电能表在畸变波形下亦存在较大的计量误差。因此，若仍然将电能表指示值作为用户的基波电量，在理论上是不合理的。1谐波对电能表计量影响的数学模型1.1畸变波形下感应式电能表的计量误差通过对畸变波形下感应式电能表计量误差的

4、理论分析，得到以下误差的主要规律叽乩影响电能表计量的主要因索是各次谐波电压、电流的含量及谐波功角和基波功角。b.不同次谐波的相互影响很小，可忽略不计，总误差可近似为各次谐波产生误差的线性叠加。畸变波形下感应式电能表的计量误差e%可近似为、、乙U"⑷e%=Zq%X100%(1)h>!Uj1

5、CO罕］收稿日期:2005-04-2^修回日期:2005-08-26式中U1和I分别为基波电压和基波电流的有效值；Uh和I分别为h次谐波电压和电流的有效值；卩1和竹分别为基波和h次谐波的功角；((p})是受很多因素影响的关于仇的强非线性函数；4%表示当基波仅叠加

6、h次谐波吋电能表的误差。1.2畸变波形下全电子式电能表的计量误差根据理论分析，在吋间t内，畸变波形下全电子式电能表反映的电能值可表示为哄一勺E、=UJ,1co竿i+工UhI.cos©我丿］上⑵h>l"为全电子式电能表谐波功角偏移，其产生原因是全电子式电能表的输入器件使不同频率信号成分产生的相移不同，从而致使在50Hz引入的相位补偿，不能补偿其他频率的相位移。在时间t内，基波条件下全电子式电能表反映的电能值E可表示为EiMJiLco牢］t(3)由式0(3)可得畸变波形下全电子式电能表的误差e%为e%』护X100%=匕12HIcos0我h)A“丫XI

7、00%⑷U］Icosp1考虑实际屮的Xh很难通过测量或计算得到，故畸变波形下全电子式电能表的计量误差也可用式⑴表示。这时，式(1)中f⑴受全电子式电能表谐波功和偏移等因索影响,是关于Oh的强非线性函数。这样，用式⑴可分析谐波对电能计量装置包括感应式和全电子式电能表)计量误差的影响。由前面的分析可见，畸变波形下电能计量装置计量误差关系式中了仮)是关于仇的强非线性函数,因而f0/的求取成为关键问题。由于BP神经网络能够逼近任意复杂的非线性函数，可引入BP神经网络理论对畸变波形下电能表计量误差建模。2软件的实现21软件总体结构软件用VC+hnet编写，

8、采用MSACCESS2000数据库。软件部分由1个主模块和8个子模块组成。主模块完成软件执行的选择控制功能；了模块由主模块调用，每个子模块完成1个特定功能。8个子模块分别为：数据采集模块、神经网络模块、计算模块、数据库模块、报表模块、曲线生成模块、用户管理模块、帮助模块。软件主程序流程图如图1所示。图1主程序流程图FigiFlowchartofmainpiogiam22多线程技术应用为实现谐波电能计量误差分析软件各模块功能，本文把神经网络模块和计算模块等放在主线程中实现，而把数据采集模块放在后台工作线程中，因为数据采集工作是长年累月进行着，如果放

9、在主线程中，必然导致程序无暇响应用户的操作信号。本文在程序中创建了数据采集工作线程，该线程在用户启动系统时创建，并循环往复地工作，也到退