一种基于指定交流成分的用电特性计量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于指定交流成分的用电特性计量方法，该方法首先按要求定时对用电设备电压和电流进行同时采样和量化，以得到同一个时刻的电压采样数据和电流采样数据；然后通过预估—校正算法获得电压和电流的直流分量，以及各交流的估计频率以及电压与电流的正弦分量和余弦分量，最后计算反映其用电特性的量，包括：直流功率以及交流成分的有功功率、无功功率、视在功率和功率因数。本发明专利技术以预估-校正算法直接得到估计频率及对应的电压正弦分量、电压余弦分量、电流正弦分量和电流余弦分量，从而获得该频点的有功功率、无功功率、视在功率和功率因数，不需要计算正弦函数和余弦函数，运算量小，易于在计算机上编程实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于指定交流成分的用电特性计量方法，属于电功率计量

技术介绍
在工程中，经常需要对电路以及电子电气设备的用电特性进行评价，为此，需要对直流功率以及交流成分(未知频率)的有功功率、无功功率、视在功率和功率因数进行计量，目前通常采用在指定时间长度内对被测电压与电流之积进行积分运算的电功率计量方法，例如基于傅里叶变换的方法。只有在积分时间与被测信号的所有交流成分的周期之比都是正整数的条件下，采用这类方法才能实现电功率的精确计量，且不能同时获得被测设备与电路的直流功率及各未知频点交流成分的功率参数。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于指定交流成分的用电特性计量方法，以解决采用积分运算进行用电特性计量不能同时获得被测设备与电路的直流功率及各未知频点交流成分的功率参数的问题。本专利技术为解决上述技术问题提供了一种基于指定交流成分的用电特性计量方法，该计量方法包括以下步骤：1)以设定周期T同时对用电设备的电压和电流进行采集，以得到同一时刻的电压和电流的采样数据；2)根据指定的交流成分个数，采用预估-校正算法获取电压和电流的直流分量、各交流的估计频率以及电压与电流的正弦分量和余弦分量；3)根据获取的电压和电流的直流分量、各交流的估计频率以及电压与电流的正弦分量和余弦分量计算用电特性，包括直流功率、交流成分的有功功率、无功功率、视在功率和功率因数。所述步骤2)中电压和电流的直流分量、各交流的估计频率以及电压与电流的正弦分量和余弦分量的计算过程如下：A.设定电压直流分量预估初值u0、电流直流分量预估初值i0、电压正弦分量预估初值sun、电压余弦分量预估初值cun、估计频率预估初值fn、电流正弦分量预估初值sin、电流余弦分量预估初值cin；B.计算电压直流分量预估值电流直流分量预估值电压正弦分量预估值电压余弦分量预估值估计频率预估值电流正弦分量预估值和电流余弦分量预估值u0p=v·(us-u0-T·u‾0-Σm=1N(sum+T·su‾m))i0p=v·(is-i0-T·i‾0-Σm=1N(sim+T·si‾m))]]>sunp=u0p+(fn+T·f‾n)·(cun+T·cu‾n)cunp=-(fn+T·f‾n)·(sun+T·su‾n)fnp=r·u0p·(cun+T·cu‾n)d+(sun+T·su‾n)2+(cun+T·cu‾n)2sinp=i0p+fn·(cin+T·ci‾n)cinp=-fn·(sin+T·si‾n)]]>其中T为采样周期，N为指定交流成分的个数，v为带宽，r为频率估计增益，0<r<106，d为归一化参数，u0为电压直流分量，suN为电压正弦分量，cuN为电压余弦分量、fN为估计频率值，i0为电流直流分量，siN为电流正弦分量，ciN为电流余弦分量；C.根据步骤B的计算结果计算电压直流分量校正值电流直流分量校正值电压正弦分量校正值电压余弦分量校正值估计频率校正值电流正弦分量校正值和电流余弦分量校正值u0c=u0+0.5T(u‾0+u0p)i0c=i0+0.5T(i‾0+i0p)]]>sunc=sun+0.5T(su‾n+sunp)cunc=cun+0.5T(cu‾n+cunp)fnc=fn+0.5T(f‾n+fnp)sinc=sin+0.5T(si‾n+sinp)cinc=cin+0.5T(ci‾n+cinp);]]>D.令步骤C中的得到校正值为所述步骤3)中相应的电压和电流的直流分量、各交流的估计频率以及电压与电流的正弦分量和余弦分量的值，即u0=u0ci0=i0c]]>sun=sunccun=cuncfn=fncsin=sinccin=cinc;]]>E.根据新得到预估初值，更新电压直流分量预估初值u0、电流直流分量预估初值i0、电压正弦分量预估初值sun、电压余弦分量预估初值cun、估计频率预估初值fn、电流正弦分量预估初值sin和电流余弦分量增量cin，u‾0=v·(us-u0-Σm=1Nsum)i‾0=v·(is-i0-Σm=1Nsim)]]>su‾n=u‾0+fn·cuncu‾n=-fn·sunf‾n=r·cun·u‾0d+sun2+cun2si‾n=i‾0+fn·cinci‾n=-fn·sin.]]>所述步骤3)中直流功率、交流成分的有功功率、无功功率、视在功率和功率因数的计算公式如下：P0＝u0·i0Pn=0.5(sun·sin+cun·cin)Qn=0.5(sun·cin-cun·sin)Sn=Pn2+Qn2ξn=Pn/Sn]]>其中P0为直流功率，Pn为交流成分的有功功率，Qn为无功功率，Sn为视在功率，ξn为功率因数。所述的计量方法既可采用离线方式实现，也可采用在线方式实现。所述离线方式适用于保存在存储器件中的按要求定时采样得到的电压和电流信号的离散时间序列，其采样和计算分开进行，先以设定的周期定时采样被测信号，并将所得采样数据存储在存储器中，形成离散时间序列，然后再对离散时间序列进行计算。所述在线方式适用于对被测信号的每组采样数据进行实时计算处理。对于在线方式，交流成份个数N和采样周期T还应该满足(N+1)Δt＜T，其中Δt表示执行一遍定时中断步骤所需要的最大时间。本专利技术的有益效果是：本专利技术首先按要求定时对用电设备电压和电流进行同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于指定交流成分的用电特性计量方法，其特征在于，该计量方法包括以下步骤：1)以设定周期T同时对用电设备的电压和电流进行采集，以得到同一时刻的电压和电流的采样数据；2)根据指定的交流成分个数，采用预估‑校正算法获取电压和电流的直流分量、各交流的估计频率以及电压与电流的正弦分量和余弦分量；3)根据获取的电压和电流的直流分量、各交流的估计频率以及电压与电流的正弦分量和余弦分量计算用电特性，包括直流功率、交流成分的有功功率、无功功率、视在功率和功率因数。

【技术特征摘要】
1.一种基于指定交流成分的用电特性计量方法，其特征在于，该计量方法包
括以下步骤：
1)以设定周期T同时对用电设备的电压和电流进行采集，以得到同一时刻的
电压和电流的采样数据；
2)根据指定的交流成分个数，采用预估-校正算法获取电压和电流的直流分
量、各交流的估计频率以及电压与电流的正弦分量和余弦分量；
3)根据获取的电压和电流的直流分量、各交流的估计频率以及电压与电流
的正弦分量和余弦分量计算用电特性，包括直流功率、交流成分的有功功率、无
功功率、视在功率和功率因数。
2.根据权利要求1所述的基于指定交流成分的用电特性计量方法，其特征在于，
所述步骤2)中电压和电流的直流分量、各交流的估计频率以及电压与电流的正
弦分量和余弦分量的计算过程如下：
A.设定电压直流分量预估初值u0、电流直流分量预估初值i0、电压正弦分量
预估初值sun、电压余弦分量预估初值cun、估计频率预估初值fn、电流正弦分量预
估初值sin、电流余弦分量预估初值cin；
B.计算电压直流分量预估值电流直流分量预估值电压正弦分量预
估值电压余弦分量预估值估计频率预估值电流正弦分量预估值和电流余弦分量预估值u0p=v·(us-u0-T·u‾0-Σm=1N(sum+T·su‾m))i0p=v·(is-i0-T·i‾0-Σm=1N(sim+T·si‾m))]]>sunp=u0p+(fn+T·f‾n)·(cun+T·cu‾n)cunp=-(fn+T·f‾n)·(sun+T·su‾n)fnp=r·u0p·(cun+T·cu‾n)d+(sun+T·su‾n)2+(cun+T·cu‾n)2sinp=i0p+fn·(cin+T·ci‾n)cinp=-fn·(sin+T·si‾n)]]>其中T为采样周期，N为指定交流成分的个数，v为带宽，r为频率估计增益，
0<r<106，d为归一化参数，u0为电压直流分量，suN为电压正弦分量，cuN为电压余
弦分量、fN为估计频率值，i0为电流直流分量，siN为电流正弦分量，ciN为电流余
弦分量；
C.根据步骤B的计算结果计算电压直流分量校正值电流直流分量校正
值电压正弦分量校正值电压余弦分量校正值估计频率校正值电流正弦分量校正值和电流余弦分量校正值u0c=u0+0.5T(u‾0+u0p)i0c=i0+0.5T(i‾0+i0p)]]>s...

【专利技术属性】
技术研发人员：张长江，黄明山，刘永光，李如意，王晓换，方旭，熊章学，王军，都正周，徐景涛，韩林峰，徐坤乐，
申请(专利权)人：河南许继仪表有限公司，许继集团有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南;41