一種用于電能計(jì)量的諧波功率計(jì)算方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種用于電能計(jì)量的諧波功率計(jì)算方法，包括：同步輸入的電壓電流采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)FFT變換后，得到各次諧波分量的值，在各次諧波分量的基礎(chǔ)上通過(guò)特定公式得到各次諧波的有功功率和無(wú)功功率。整個(gè)運(yùn)算過(guò)程使用流水線數(shù)字處理器，與傳統(tǒng)諧波功率計(jì)算的方法相比，諧波功率計(jì)算簡(jiǎn)單，采用流水線方式運(yùn)算更少，計(jì)算結(jié)果更精確。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及電能計(jì)量領(lǐng)域，尤其涉及。
技術(shù)介紹
在電網(wǎng)中，隨著變頻設(shè)備和非線性設(shè)備的不斷增多，電壓并不是單一的頻率，混有越來(lái)越多的高頻成分，這些高頻分量對(duì)電網(wǎng)中的其他設(shè)備會(huì)造成嚴(yán)重的影響，當(dāng)高頻成分達(dá)到一定程度時(shí)，有可能出現(xiàn)嚴(yán)重的危害，因此，對(duì)電網(wǎng)中產(chǎn)生高頻成分的控制越來(lái)越重要，那么測(cè)量電網(wǎng)中諧波成分也相應(yīng)的受到重視。電網(wǎng)諧波測(cè)量常用到FFT變換(快速傅里葉變換)，通過(guò)FFT變換得到各諧波分量值，繼而計(jì)算諧波各種特征數(shù)據(jù)，比如有效值、有功功率等。現(xiàn)在通常使用DSP(數(shù)字信號(hào)處理)處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)FFT，實(shí)際上還是一種軟件實(shí)現(xiàn)方式，其效率不高。在功率計(jì)算方面，傳統(tǒng)的計(jì)算方式依據(jù)如下公式有功功率計(jì)算公式:p= ^^(φ -φ )無(wú)功功率計(jì)算公式:Ρ 二 Vi SiiK(Jf) - (P)其中，V表示電壓，I表示電流，爐t表示電壓相位，爐,表示電流相位；需要先計(jì)算出電壓和電流的有效值以及電壓和電流的相位，這需要很大的計(jì)算量，特別是相位的計(jì)算，無(wú)法準(zhǔn)確得到，而是通過(guò)數(shù)學(xué)逼近得到，誤差比較大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種用于電能計(jì)量(尤其全電子式電能表計(jì)量)時(shí)諧波功率(有功功率和無(wú)功功率)的計(jì)算方法，針對(duì)FFT計(jì)算以及后續(xù)相關(guān)特征數(shù)據(jù)的計(jì)算，大大提高了計(jì)算諧波功率的效率和準(zhǔn)確率。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是，包括下列步驟步驟一，同時(shí)采集電網(wǎng)中的同步電壓數(shù)據(jù)和同步電流數(shù)據(jù)；步驟二，對(duì)所述同步電壓數(shù)據(jù)和同步電流數(shù)據(jù)分別進(jìn)行FFT變換，得到各次諧波的電壓分量和電流分量；步驟三，針對(duì)各次諧波根據(jù)公式J1 = vEe · iEe+vIm · iIm分別計(jì)算得到各次諧波的有功功率；根據(jù)公式P2 = vIm · iEe-vEe · iIm分別計(jì)算得到各次諧波的無(wú)功功率；其中，P1表示各次諧波的有功功率，P2表示各次諧波的無(wú)功功率，vEe表示各次諧波電壓實(shí)部值，iEe表示各次諧波電流實(shí)部值，Vlffl表示各次諧波電壓虛部值，iIffl表示各次諧波電流虛部值。在上述的用于電能計(jì)量的諧波功率計(jì)算方法中，所述步驟二中，通過(guò)流水線的方式對(duì)所述同步電壓數(shù)據(jù)和同步電流數(shù)據(jù)分別進(jìn)行FFT變換。在上述的用于電能計(jì)量的諧波功率計(jì)算方 法中，所述步驟二和步驟三均通過(guò)流水線數(shù)字處理器實(shí)現(xiàn)。本專利技術(shù)的有益效果是本專利技術(shù)以FFT變換作為理論基礎(chǔ)，使用特定精簡(jiǎn)指令集的流水線數(shù)字處理器得到各諧波分量，然后通過(guò)特定計(jì)算公式完成諧波有功功率和無(wú)功功率的計(jì)算。本專利技術(shù)與傳統(tǒng)的諧波功率計(jì)算方法相比，計(jì)算量明顯減少，易于實(shí)現(xiàn)，并且計(jì)算結(jié)果精度較高，由于使用流水線處理器，可擴(kuò)展性比較強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)更多計(jì)算。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)的用于電能計(jì)量的諧波功率計(jì)算方法的流程圖； 圖2是蝶形運(yùn)算單元示意圖；圖3是某次諧波有功功率計(jì)算示意圖；圖4是某次諧波無(wú)功功率計(jì)算示意圖。·具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步說(shuō)明。DFT運(yùn)算(蝶形運(yùn)算)計(jì)算公式X(幻=€咖}釅；^," = 0，1,...，#-1，其中 n—Q= ，Ν為正整數(shù)，X(k)表示DFT運(yùn)算結(jié)果第k個(gè)值，表示旋轉(zhuǎn)因子，j表示虛數(shù)單位(j2=_l)，e表示自然指數(shù)(e ^ 2. 7182818，無(wú)限不循環(huán)小數(shù))；FFT計(jì)算公式是在DFT計(jì)算公式的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)得到的，其原理如下 Χ^) = χβ)+ψ"ΝΧβ) I核心運(yùn)算單元蝶形運(yùn)算 Nk^ =(I) Χ(^-)-Χβ)-ψΝΧ2^)2 - f-1 X β)- χ^)ψ12 = DFTlx^r)]其中；=° Χβ) = YjX^wI2= DFTix^r)] ιr=0vir) = x{2r) IJsf!>r = 0,1, T-1; r彡0且為整數(shù)；N為2的整數(shù)次方；X(r) X2(r) = x(2r + l)J2(r=0, I,..., N-1)表示待計(jì)算的DFT變換原始輸入數(shù)據(jù)；由上述公式(I)可以看出，F(xiàn)FT實(shí)際上是一種遞歸運(yùn)算，每次奇偶二分，直到剩下兩點(diǎn)FFT運(yùn)算。由此逆推，就可以計(jì)算2點(diǎn)、4點(diǎn)、8點(diǎn)，…，直到最后N點(diǎn)FFT，完成整個(gè)計(jì)笪οFFT計(jì)算之后，得到各次諧波的分量值，接下去就可以計(jì)算各次諧波的功率，如下公式所示有功功率計(jì)算公式:P = VI COS(<p -φ )( 2 )無(wú)功功率計(jì)算公式:P = VlSini^i — ψ)( 3 )其中V表示電壓，I表示電流，表示電壓相位爐表示電流相位。當(dāng)FFT變換輸入數(shù)據(jù)為實(shí)序列時(shí)，X (k)具有共軛對(duì)稱性，X (k)最后權(quán)利要求1.，其特征在于，包括下列步驟 步驟一，同時(shí)采集電網(wǎng)中的同步電壓數(shù)據(jù)和同步電流數(shù)據(jù)； 步驟二，對(duì)所述同步電壓數(shù)據(jù)和同步電流數(shù)據(jù)分別進(jìn)行FFT變換，得到各次諧波的電壓分量和電流分量； 步驟三，針對(duì)各次諧波 根據(jù)公式-P1 = vEe iEe+vIm iIm分別計(jì)算得到各次諧波的有功功率； 根據(jù)公式P2 = Vlm iEe-vEe iIm分別計(jì)算得到該次諧波的無(wú)功功率； 其中，其中，P1表示該次諧波的有功功率，P2表示該次諧波的無(wú)功功率，vEe表示該次諧波電壓實(shí)部值，iEe表示該次諧波電流實(shí)部值，Vlffl表示該次諧波電壓虛部值，iIffl表示該次諧波電流虛部值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電能計(jì)量的諧波功率計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟二中，通過(guò)流水線的方式對(duì)所述同步電壓數(shù)據(jù)和同步電流數(shù)據(jù)分別進(jìn)行FFT變換。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于電能計(jì)量的諧波功率計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟二和步驟三均通過(guò)流水線數(shù)字處理器實(shí)現(xiàn)。全文摘要本專利技術(shù)公開了，包括同步輸入的電壓電流采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)FFT變換后，得到各次諧波分量的值，在各次諧波分量的基礎(chǔ)上通過(guò)特定公式得到各次諧波的有功功率和無(wú)功功率。整個(gè)運(yùn)算過(guò)程使用流水線數(shù)字處理器，與傳統(tǒng)諧波功率計(jì)算的方法相比，諧波功率計(jì)算簡(jiǎn)單，采用流水線方式運(yùn)算更少，計(jì)算結(jié)果更精確。文檔編號(hào)G01R21/133GK102998523SQ20121057142公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日專利技術(shù)者沈祥, 韓明 申請(qǐng)人:上海貝嶺股份有限公司本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于電能計(jì)量的諧波功率計(jì)算方法，其特征在于，包括下列步驟：步驟一，同時(shí)采集電網(wǎng)中的同步電壓數(shù)據(jù)和同步電流數(shù)據(jù)；步驟二，對(duì)所述同步電壓數(shù)據(jù)和同步電流數(shù)據(jù)分別進(jìn)行FFT變換，得到各次諧波的電壓分量和電流分量；步驟三，針對(duì)各次諧波：根據(jù)公式：P1＝vRe·iRe+vIm·iIm分別計(jì)算得到各次諧波的有功功率；根據(jù)公式：P2＝vIm·iRe?vRe·iIm分別計(jì)算得到該次諧波的無(wú)功功率；其中，其中，P1表示該次諧波的有功功率，P2表示該次諧波的無(wú)功功率，vRe表示該次諧波電壓實(shí)部值，iRe表示該次諧波電流實(shí)部值，vIm表示該次諧波電壓虛部值，iIm表示該次諧波電流虛部值。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：沈祥，韓明，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海貝嶺股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：