基于信息熵评价指标的多小波畸变电能计量-张晓冰.pdf
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1、第2l卷第1期2016年2月哈尔滨理工大学学报JOURNAL OF HARBIN UNIVERSnY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYVoL 2l No1Feb2016基于信息熵评价指标的多小波畸变电能计量张晓冰1, 王会龙1 , 姜世超2(1哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150080;2国电哈尔滨热电有限公司,黑龙江哈尔滨150080)摘要:针对畸变信号条件下利用传统小波分解重构算法对非线性负载进行电能计量结果不准确的问题,提出了一种基于最优小波的多小波畸变电能计量方法首先,建立电网的简化数学模型并给出了功率信号的数学描述与电能计量方法;然后,根据信号的
2、能量值与信号本身具有特定关系的特点,计算信号基波部分与畸变部分的信息熵评价指标,确定基波部分与畸变部分信号的最优分解小波基;最后,根据电能合理计量方法计算冲击性负载与谐波性负载消耗的功率;仿真结果表明应用信息熵评价指标分别选取信号基波部分与畸变部分的最优小波并对非线性负载进行电能的合理计量其准确度比传统方法更高关键词:电能计量;多小波;信息熵;有功功率DOI:1015938jjhust201601012中图分类号:TM9333 文献标志码:A 文章编号:10072683(2016)Ol一0057054 New Method of M ulti-wavelet Active Power Meas
3、urement Underthe Condition of Distortion Signal Base on I nformation EntropyZHANG Xiaobin91,WANG Huilon91,JIANG Shicha02(1Institute of Measurementcontrol Technology and Communication Engineering,Harbin University of Science and Technology,Harbin 150080,China;2Harbin Thermal Power Co,Ltd of State Gri
4、d Corpomtion of ChinaHarbin 150080,China)Abstract:To solve the problems of nonlinear load electrical energy measurement inaccurate using traditionaldecomposition and reconstruction wavelet algorithm under the condition of distorted signalthe article presents adistortion electrical energy measurement
5、 method based on optimal multiwaveletFirst,a simplified mathematicalmodel of power画d was established and the mathematical description of power signal and electrical measure methodwere givenThen,according to the specific relationship of the signal energy value and characteristics,the information entr
6、opy evaluation indicators of the fundamental section and distortion section were calculated and to determinethe optimal decomposition of wavelet of the fundamental sections and distortion section of the signalFinally,according to the reasonable electricity measurement method calculate the consumptio
7、n power of impact and harmonicloadThe simulation results show that the electrical measuring accuracy of the nonlinear load is higher than the tra-ditional method,application of the information entropy of evaluation index selection signal of fundamental sectionand distortion section respectively the
8、optimal waveletKeywords:electrical energy measurement;muhiwavelet transform;information entropy;active power收稿日期:基金项目:作者简介:通讯作者20150913国家自然科学基金(51277043)王会龙(1990一),男,硕士研究生;姜世超(1989一),男,本科张哓冰(1962一),女,博士,教授,E-mail:zhxiaobing163corn万方数据58 哈尔滨理工大学学报 第21卷0 引 言经典的电能计量理论要求电压与电流信号为同频率的正弦信号,但在当前的电网中非线性负载越来越
9、多,电网信号畸变越来越严重且在负载与电网之间产生复杂的功率交换,使得电能的准确合理计量变得更加困难。4j非线性负载电能用户在消耗电能的同时,还作为畸变功率源向电网注入畸变功率,使公共连接点的电压波形严重畸变,导致电网电压波动,产生瞬时脉冲等各种电能质量干扰,对电网、敏感电气设备的正常运行造成了严重影响H。1,科学而合理的电能计量方法应该依据功率潮流检测分析结果的,确定污染源,将注入电网的畸变功率及其电能单独计量,并将其计入到总的电能中去,而目前的电能计量方法及仪表均不能满足这种计量的需要对不同特性的负载进行电能计量时,目前的计量方法存在着不合理的问题例如在谐波条件下,按传统的计量方式,线性负载
10、用户不仅要支付基波电能的费用,还要负担对其毫无意义而且有害的、被迫吸收的谐波电能的费用;而非线性负载则相反,它向供电系统注入谐波,污染电网,但却少负担由其注入的谐波电能的费用睁一引从效果上看,这种电能计量方式起到了鼓励用户向系统注人谐波的作用,显然对提高电网电能质量极为不利比较合理的方法是采用基波电能表的技术方案,它已经成功应用到非线性负载的电能计量中,并取得了一定的成果113 J但谐波条件下的电能计量理论、方法和仪表解决不了更具普遍性的畸变信号条件下电能准确合理计量的问题,因为谐波模型并不能真实反映电网信号的实际情况,尤其是冲击性负载等非线性负载产生的非平稳电压、电流信号根本无法用谐波信号的
11、数学模型来描述在当前电网信号严重畸变的现状下,如何准确合理地计量功率及电能已经成为电气测量技术及仪器仪表研究领域急需解决的问题本文应用多小波变换对半导体整流类负载与谐波性电弧炉负载的电能合理计量问题进行了研究,提出了针对不同频带信号采用不同最优小波基的多小波电能计量方法,并通过仿真实验验证了所提方法的正确性和准确性1 畸变信号条件下电网简化模型和功率信号的数学描述11电网简化模型畸变信号条件下电网的简化模型如图1所示,电网电源电压M(t)为正弦电压源,i(t)为电网电流,互为线路阻抗,z为非线性负载阻抗,o点为负载电能计量节点图1 电网的简化模型aZ非线性负载电压与电流及其分解定义如下u。(t
12、)=u,(t)+u,(t) (1)i(t)=i,(t)+i,(t) (2)其中:u,(t)、i,(t)为基波分量;u。(t)、i。(t)为畸变分量12 功率信号数学描述由功率理论可得口点的瞬时功率为P。(1)=珏。(t)i(t) (3)。点的平均功率为P。2寺n()df=专fPl+以)圯小)圯(f)】山=专D小汕+专D撕汕+专胁舢H专D小汕=Pl+Pls+P sl+P s式中:P,、P厶、P。,与P,分别为非线性负载吸收的基波功率、基波电压与畸变电流产生的功率、畸变电压与基波电流产生的功率及畸变电压与畸变电流产生的功率在此,称P。为畸变功率2 畸变信号条件下电能计量新方法根据功率潮流理论分析与
13、仿真分析结果可以得到对非线性负载普遍适用的畸变信号条件下电能合万方数据第1期 张晓冰等:基于信息熵评价指标的多小波畸变电能计量 59理计量新方法1 4f:P=PlP|s+P s|P=P。一Ps其中:P。为计量节点口处的实测功率;Ps为P。中的畸变功率3 多小波变换31 小波变换在畸变信号条件下,应用小波分解与重构算法可以求得负载电流与电压的基波分量和畸变分量由多分辨率分析理论可知,n()、i(t)可分解成不同频率的成分,分别表示为:J一1(t)=C0(七)妒(tI|)+d(k)2寺砂(夕一|)k k =0,一1i()=c;(|)妒(f一|)+dj(k)2#qb(2Jt一后)其中:,为分解的层数
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