李 萍

（國(guó)能寧東第一發(fā)電有限公司，寧夏 靈武）

引言

電力是一個(gè)動(dòng)態(tài)量，測(cè)量電力參數(shù)是一項(xiàng)艱難的工作。利用電力測(cè)量?jī)x表，能夠精確地獲得電力數(shù)據(jù)，并根據(jù)電力數(shù)據(jù)變化情況，分析相關(guān)設(shè)備的故障問題，為電力設(shè)備的正常運(yùn)行提供保障。在電力測(cè)量?jī)x表實(shí)際計(jì)量的過程中，設(shè)備電壓變化、頻率變化、電流變化、諧波變化，均會(huì)引發(fā)計(jì)量波動(dòng)，導(dǎo)致計(jì)量誤差。針對(duì)電力測(cè)量?jī)x表的計(jì)量誤差問題，研究人員設(shè)計(jì)了多種方法。

基于RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)量誤差校正方法，主要是利用RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)電力測(cè)量?jī)x表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并分析計(jì)量誤差來源，由此構(gòu)建誤差校正模型[1]。基于人工智能技術(shù)的計(jì)量誤差校正方法，主要是利用人工智能技術(shù)，分析儀表中誤差數(shù)據(jù)的來源，再結(jié)合人工智能技術(shù)的相關(guān)原理，提取出誤差特征，再對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性地校正，從而實(shí)現(xiàn)電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量誤差的有效校正[2]。以上兩種方法均能夠進(jìn)行誤差校正，但是受到諧波的影響，最終的校正結(jié)果仍不滿足儀表計(jì)量需求[3]。因此，本文結(jié)合小波變換的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量誤差校正方法。

1 電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量誤差校正的小波變換方法設(shè)計(jì)

1.1 核定電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量的動(dòng)態(tài)誤差

在電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量誤差校正中，給定動(dòng)態(tài)測(cè)試信號(hào)，反映儀表計(jì)量的動(dòng)態(tài)誤差特征，從而對(duì)不同類型的誤差進(jìn)行針對(duì)性的校正[4]。本文將電力測(cè)量?jī)x表的隨機(jī)性誤差變化歸納為動(dòng)態(tài)誤差，通過分析電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量的動(dòng)態(tài)負(fù)荷特性，判斷動(dòng)態(tài)誤差的校正條件。將連續(xù)的動(dòng)態(tài)誤差序列設(shè)定為m，由二元波形函數(shù)g（m）核定，得到穩(wěn)態(tài)正弦信號(hào)。公式如下：

式中，i（m）為動(dòng)態(tài)誤差核定值；ik（m）為穩(wěn)態(tài)正弦信號(hào)。將電力測(cè)量?jī)x表的電壓、電流、電能的動(dòng)態(tài)測(cè)試信號(hào)輸入到儀表中，i（m）與增益系數(shù)的乘積，經(jīng)過離散化得到動(dòng)態(tài)隨機(jī)誤差。動(dòng)態(tài)誤差具有一致性，i（m）取決于m 序列的統(tǒng)計(jì)特征[5]。

1.2 基于小波變換構(gòu)建電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量誤差校正模型

本文選取了不同的小波基，并對(duì)電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量誤差進(jìn)行小波變換，得到計(jì)量誤差的能量集中特性，從而實(shí)現(xiàn)誤差的有效校正[6]。本文將電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量的原始信號(hào)以正弦波表示，計(jì)量誤差的信號(hào)以小波信號(hào)表示，由此得到正弦曲線與小波曲線的變化情況，如圖1 所示。

圖1 正弦曲線與小波曲線變化示意

如圖1 所示，（a）為正弦曲線；（b）為小波曲線。（a）從負(fù)無窮一直延續(xù)到正無窮，是平滑的、有規(guī)律的、可以預(yù)測(cè)的。（b）不對(duì)稱、不規(guī)則、不可預(yù)測(cè)的[7]。本文將電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量的正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成小波信號(hào)，并將不規(guī)律、存在瞬時(shí)變化的信號(hào)輸入到誤差校正模型中，以此完成儀表計(jì)量的誤差校正。假設(shè)電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量誤差信號(hào)為Y（t），小波變換條件為：

式中，CY為小波變換條件；t 為小波基；d 為母小波伸縮與平移的距離。d 表示為：

式中，a 為伸縮因子；b 為平移因子；Y 為誤差信號(hào)的小波序列。對(duì)于任意一個(gè)計(jì)量誤差信號(hào)，構(gòu)件一個(gè)誤差校正模型，表達(dá)式如下：

式中，Yt（a，b）為任意誤差信號(hào)經(jīng)過伸縮平移之后的重構(gòu)值；f（t）為目標(biāo)誤差信號(hào)的離散小波函數(shù)。在誤差信號(hào)的頻率變化時(shí)間軸上，f（t）的長(zhǎng)度越短，時(shí)間軸上的觀察范圍越小，小波變換的約束越小，最終的重構(gòu)只也就越精準(zhǔn)。利用f（t）對(duì)Yt（a，b）進(jìn)行重構(gòu)，a≠1 且a＞0，b≠0 的條件下，誤差信號(hào)在頻率上自由伸縮變換[8-9]。

1.3 補(bǔ)償電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量的靜態(tài)誤差

根據(jù)計(jì)量采樣時(shí)鐘在采樣點(diǎn)的相位間距確定采樣點(diǎn)的相位，由此得到的計(jì)量有效值就是誤差補(bǔ)償值[10]。將采樣點(diǎn)的計(jì)量值設(shè)定為x（n），采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相位為Ws，則電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量有效值表示為：

式中，U 為電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量有效值；N 為計(jì)量次數(shù)；φn為計(jì)量誤差極限值。將Ws、φn誤差相位補(bǔ)償?shù)絰（n）中，再將其輸入到Y(jié)t（a，b）中，進(jìn)行二次校正，真正意義上消除電力測(cè)量?jī)x表的計(jì)量誤差。當(dāng)Yt（a，b）=1 時(shí)，U 就是靜態(tài)誤差補(bǔ)償值。當(dāng)U＜φn時(shí)，則證明靜態(tài)誤差較小甚至可以忽略不計(jì)；當(dāng)U＞φn時(shí)，則證明靜態(tài)誤差較大，需要經(jīng)過多次小波變換校正誤差；當(dāng)U=φn時(shí)，靜態(tài)誤差與非同步誤差相互抵消，電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量的精準(zhǔn)度更高。

2 實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的方法是否滿足電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量誤差校正需求，本文對(duì)上述方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果則以文獻(xiàn)[1]、文獻(xiàn)[2]，以及本文設(shè)計(jì)的基于小波變換的電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量誤差校正方法進(jìn)行對(duì)比的形式呈現(xiàn)。具體的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過程以及最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下所示。

2.1 實(shí)驗(yàn)過程

本次實(shí)驗(yàn)使用TD3650 電力測(cè)量?jī)x表，儀表適用于國(guó)際建議的C 級(jí)表，型號(hào)為DTSD188S，規(guī)格為3×220/380V，0.01～0.2 (10)A，有 功 電 能 常 數(shù) 為6400 imp/kWh。電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量誤差的校正等級(jí)為0.05級(jí)，諧波狀態(tài)下準(zhǔn)確度等級(jí)為0.2 級(jí)。交流電壓輸出量程包括60 V、120 V、240 V、480 V，輸出范圍為6 V～576 V，調(diào)節(jié)細(xì)度≥0.002%。交流電流輸出量程包括0.001 A、0.002 A、0.005 A、0.010 A、0.020 A、0.050 A；0.1 A、0.2 A、0.5 A、1.0 A、2.0 A、5.0 A；10 A、20 A、50 A、100 A。在電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量的過程中，頻率調(diào)節(jié)范圍為45 Hz～65 Hz，相位調(diào)節(jié)范圍為0°～360°。本文向電力測(cè)量?jī)x表施加諧波、調(diào)整頻率、調(diào)整電壓，使其出現(xiàn)計(jì)量誤差，并對(duì)此時(shí)的計(jì)量誤差信號(hào)進(jìn)行分析，如圖2 所示。

圖2 電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量信號(hào)波形

如圖2 所示，Tp 為計(jì)量周期內(nèi)誤差次數(shù)；Tc 為計(jì)量周期內(nèi)瞬時(shí)誤差次數(shù)。圖中穩(wěn)態(tài)正弦信號(hào)波動(dòng)較為規(guī)律，上頂點(diǎn)與下定點(diǎn)的位置就是出現(xiàn)誤差的位置，以持續(xù)性誤差影響電力測(cè)量?jī)x表的計(jì)量數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)負(fù)荷信號(hào)以持續(xù)中斷或瞬時(shí)沖擊的形式影響電力測(cè)量?jī)x表的計(jì)量數(shù)據(jù)。本文針對(duì)計(jì)量誤差的大小，將儀表計(jì)量能力分為A、B、C、D 四個(gè)等級(jí)，并對(duì)其進(jìn)行誤差校正。校正后的誤差低于誤差極限，才能滿足誤差校正需求。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在上述實(shí)驗(yàn)條件下，本文隨機(jī)選取出多種電力測(cè)量?jī)x表，其計(jì)量誤差的等級(jí)分為A、B、C、D。其中，電力測(cè)量?jī)x表的計(jì)量誤差排序?yàn)锳＞B＞C＞D，A 等級(jí)的計(jì)量誤差最大，D 等級(jí)的計(jì)量誤差最小。根據(jù)電力測(cè)量?jī)x表的計(jì)量誤差等級(jí)，設(shè)置校正后的誤差極限。并將文獻(xiàn)[1]方法的綜合誤差、文獻(xiàn)[2]方法的綜合誤差，以及本文方法的綜合誤差進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

如表1 所示，影響儀表計(jì)量誤差的因素包括負(fù)載不平衡、電壓變化、頻率變化、諧波、溫度等，本文選取電壓、頻率、諧波作為主要校正因素。在其他條件均一致的情況下，文獻(xiàn)[1]方法更適用于電壓變化導(dǎo)致的計(jì)量誤差，對(duì)其他計(jì)量誤差因素校正效果不佳。文獻(xiàn)[2]方法在頻率變化方面與電壓變化方面的校正體現(xiàn)了良好的優(yōu)勢(shì)，在諧波變化方面的計(jì)量誤差校正亟需改進(jìn)。而使用本文方法后，綜合誤差均低于0.010%，誤差校正效果更佳。

結(jié)束語

電力測(cè)量?jī)x表主要采集電壓、電流、頻率、相位、功率、電能等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)波動(dòng)變化較大時(shí)，很容易出現(xiàn)計(jì)量誤差，增加電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本。因此，本文利用小波變換，設(shè)計(jì)了電力測(cè)量?jī)x表計(jì)量誤差校正方法。從動(dòng)態(tài)誤差、校正模型、靜態(tài)誤差等方面，將電力測(cè)量?jī)x表的誤差進(jìn)行全方位的校正，從而實(shí)現(xiàn)儀表的精準(zhǔn)計(jì)量，為電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益提供保障。