一種用於電能計量的諧波功率計算方法
2023-09-22 03:19:25
專利名稱：一種用於電能計量的諧波功率計算方法
技術領域：
本發明涉及電能計量領域，尤其涉及一種用於電能計量的諧波功率計算方法。
背景技術：
在電網中，隨著變頻設備和非線性設備的不斷增多，電壓並不是單一的頻率，混有越來越多的高頻成分，這些高頻分量對電網中的其他設備會造成嚴重的影響，當高頻成分達到一定程度時，有可能出現嚴重的危害，因此，對電網中產生高頻成分的控制越來越重要，那麼測量電網中諧波成分也相應的受到重視。電網諧波測量常用到FFT變換(快速傅立葉變換)，通過FFT變換得到各諧波分量值，繼而計算諧波各種特徵數據，比如有效值、有功功率等。現在通常使用DSP(數位訊號處理)處理器來實現FFT，實際上還是一種軟體實現方式，其效率不高。在功率計算方面，傳統的計算方式依據如下公式有功功率計算公式:p= ^^(φ -φ )無功功率計算公式: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，這需要很大的計算量，特別是相位的計算，無法準確得到，而是通過數學逼近得到，誤差比較大。
發明內容
本發明的目的在於提供一種用於電能計量(尤其全電子式電能表計量)時諧波功率(有功功率和無功功率)的計算方法，針對FFT計算以及後續相關特徵數據的計算，大大提高了計算諧波功率的效率和準確率。實現上述目的的技術方案是一種用於電能計量的諧波功率計算方法，包括下列步驟步驟一，同時採集電網中的同步電壓數據和同步電流數據；步驟二，對所述同步電壓數據和同步電流數據分別進行FFT變換，得到各次諧波的電壓分量和電流分量；步驟三，針對各次諧波根據公式J1 = vEe · iEe+vIm · iIm分別計算得到各次諧波的有功功率；根據公式P2 = vIm · iEe-vEe · iIm分別計算得到各次諧波的無功功率；其中，P1表示各次諧波的有功功率，P2表示各次諧波的無功功率，vEe表示各次諧波電壓實部值，iEe表示各次諧波電流實部值，Vlffl表示各次諧波電壓虛部值，iIffl表示各次諧波電流虛部值。在上述的用於電能計量的諧波功率計算方法中，所述步驟二中，通過流水線的方式對所述同步電壓數據和同步電流數據分別進行FFT變換。在上述的用於電能計量的諧波功率計算方 法中，所述步驟二和步驟三均通過流水線數字處理器實現。本發明的有益效果是本發明以FFT變換作為理論基礎，使用特定精簡指令集的流水線數字處理器得到各諧波分量，然後通過特定計算公式完成諧波有功功率和無功功率的計算。本發明與傳統的諧波功率計算方法相比，計算量明顯減少，易於實現，並且計算結果精度較高，由於使用流水線處理器，可擴展性比較強，能夠實現更多計算。
圖1是本發明的用於電能計量的諧波功率計算方法的流程圖； 圖2是蝶形運算單元示意圖；圖3是某次諧波有功功率計算示意圖；圖4是某次諧波無功功率計算示意圖。·
具體實施例方式下面將結合附圖對本發明作進一步說明。DFT運算(蝶形運算)計算公式X(幻=€咖}釅；^," = 0，1,...，#-1，其中
n—Q= ，Ν為正整數，X(k)表示DFT運算結果第k個值，表示旋轉因子，
j表示虛數單位(j2=_l)，e表示自然指數(e ^ 2. 7182818，無限不循環小數)；FFT計算公式是在DFT計算公式的基礎上經過化簡得到的，其原理如下
Χ^) = χβ)+ψ"ΝΧβ) I核心運算單元蝶形運算 Nk^ =(I)
Χ(^-)-Χβ)-ψΝΧ2^)2
- f-1
X β)- χ^)ψ12 = DFTlx^r)]其中；=°
Χβ) = YjX^wI2= DFTix^r)]
ιr=0
vir) = x{2r) IJsf!>r = 0,1, T-1; r彡0且為整數；N為2的整數次方；X(r) X2(r) = x(2r + l)J2
(r=0, I,..., N-1)表示待計算的DFT變換原始輸入數據；由上述公式(I)可以看出，FFT實際上是一種遞歸運算，每次奇偶二分，直到剩下兩點FFT運算。由此逆推，就可以計算2點、4點、8點，…，直到最後N點FFT，完成整個計
笪
οFFT計算之後，得到各次諧波的分量值，接下去就可以計算各次諧波的功率，如下公式所示有功功率計算公式:P = VI COS(<p -φ )( 2 )無功功率計算公式: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FFT變換輸入數據為實序列時，X (k)具有共軛對稱性，X (k)最後
權利要求
1.一種用於電能計量的諧波功率計算方法，其特徵在於，包括下列步驟 步驟一，同時採集電網中的同步電壓數據和同步電流數據； 步驟二，對所述同步電壓數據和同步電流數據分別進行FFT變換，得到各次諧波的電壓分量和電流分量； 步驟三，針對各次諧波 根據公式-P1 = vEe iEe+vIm iIm分別計算得到各次諧波的有功功率； 根據公式P2 = Vlm iEe-vEe iIm分別計算得到該次諧波的無功功率； 其中，其中，P1表示該次諧波的有功功率，P2表示該次諧波的無功功率，vEe表示該次諧波電壓實部值，iEe表示該次諧波電流實部值，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.根據權利要求1所述的用於電能計量的諧波功率計算方法，其特徵在於，所述步驟二中，通過流水線的方式對所述同步電壓數據和同步電流數據分別進行FFT變換。
3.根據權利要求1或2所述的用於電能計量的諧波功率計算方法，其特徵在於，所述步驟二和步驟三均通過流水線數字處理器實現。
全文摘要
本發明公開了一種用於電能計量的諧波功率計算方法，包括同步輸入的電壓電流採樣數據經過FFT變換後，得到各次諧波分量的值，在各次諧波分量的基礎上通過特定公式得到各次諧波的有功功率和無功功率。整個運算過程使用流水線數字處理器，與傳統諧波功率計算的方法相比，諧波功率計算簡單，採用流水線方式運算更少，計算結果更精確。
文檔編號G01R21/133GK102998523SQ20121057142
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者沈祥, 韓明 申請人:上海貝嶺股份有限公司