一种三相高精度谐波电能表制造技术

本发明专利技术提供了一种三相高精度谐波电能表，包括依次相连的频率测量模块、采样控制模块、幅值与相位计算模块、谐波相位补偿模块、谐波电能累计模块。本发明专利技术的有益效果是：1.采用硬件测频与软件测频相结合的方式，并借助于软硬件滤波措施消除高次谐波对测频的干扰，从源头上确保整周期采样；2.M2采样控制模块采用PWM+DMA自动控制的方式，采样过程无需CPU干预，确保高采样率下数据处理效率及可靠性；3.M3幅值与相位计算模块采用素因子与子组算法，降低频率波动和谐波幅值波动带来的影响，并提升一致性；4.M4谐波相位补偿模块对每个谐波功率相角进行精确补偿，实现高精度谐波功率测量，从而实现高精度谐波电能累计。

A Three-phase High Precision Harmonic Electric Energy Meter

The invention provides a three-phase high-precision harmonic energy meter, which comprises a frequency measurement module, a sampling control module, an amplitude and phase calculation module, a harmonic phase compensation module and a harmonic energy accumulation module. The invention has the following beneficial effects: 1. The method of combining hardware frequency measurement with software frequency measurement, and eliminating the interference of high-order harmonics to frequency measurement by means of software and hardware filtering measures, ensuring full-cycle sampling from the source; 2. M2 sampling control module adopts PWM+DMA automatic control mode, the sampling process does not need CPU intervention, ensuring data processing efficiency and reliability at high sampling rate; The prime factor and subgroup algorithm are used in the phase calculation module to reduce the impact of frequency fluctuation and harmonic amplitude fluctuation and improve the consistency. 4. M4 harmonic phase compensation module accurately compensates the phase angle of each harmonic power, realizes high-precision harmonic power measurement, and achieves high-precision harmonic power accumulation.

【技术实现步骤摘要】
一种三相高精度谐波电能表
本专利技术涉及电网电能计量领域，尤其涉及一种三相高精度谐波电能表。
技术介绍
能源互联网、智能电网的建设，在解决能源问题、降低碳排放、提升电网可靠性与自动化水平的同时，因其大量使用电力电子技术、非线性负载，也使得电网的谐波污染越来越严重。谐波污染给电网设备造成危害的同时，也给电能计量及需量测量精度带来影响，影响计量的公正性，带来经济利益纠纷。其主要原因是当前计费用电能表基本都采用全波算法，对于非线性负载用户不仅向电网输出谐波、反而还少缴电费，线性用户受谐波污染时，不仅承受谐波带来的危害，还要多缴电费。为解决上述问题，国内外研究提出了谐波电能单独计量的技术方案，并研制了相关产品。但从目前研究及产品应用情况来看，谐波计量精度及在各种影响下的一致性还需提升，重点需要解决如下技术问题：1)频率跟踪精度需要进一步提升。进行DFT计算的一个重要前提是确保采样值按当前频率进行整周期、等间隔采样，如果频率跟踪不准确，造成非整周期采样，将导致频谱泄露，严重影响谐波计量精度；尤其在谐波畸变严重的情况下，采用普通的过零点检测方法已经无法满足要求，需要进一步改进其方法；2)由于传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相高精度谐波电能表，其特征在于，包括依次相连的频率测量模块、采样控制模块、幅值与相位计算模块、谐波相位补偿模块、谐波电能累计模块；频率测量模块：实时跟踪并测量当前电网频率fsamp，输出给采样控制模块使用；采样控制模块：根据频率测量结果进行分频，控制AD按整周期、等间隔采样；幅值与相位计算模块：对AD采样结果数据进行傅里叶计算，获取各次谐波的幅值与相位；谐波相位补偿模块：根据传感转换回路特性，对谐波相位进行补偿；谐波电能累计模块：综合幅值相位计算模块、谐波相位补偿模块的计算后，累计计算各次谐波电能。

【技术特征摘要】
1.一种三相高精度谐波电能表，其特征在于，包括依次相连的频率测量模块、采样控制模块、幅值与相位计算模块、谐波相位补偿模块、谐波电能累计模块；频率测量模块：实时跟踪并测量当前电网频率fsamp，输出给采样控制模块使用；采样控制模块：根据频率测量结果进行分频，控制AD按整周期、等间隔采样；幅值与相位计算模块：对AD采样结果数据进行傅里叶计算，获取各次谐波的幅值与相位；谐波相位补偿模块：根据传感转换回路特性，对谐波相位进行补偿；谐波电能累计模块：综合幅值相位计算模块、谐波相位补偿模块的计算后，累计计算各次谐波电能。2.根据权利要求1所述的三相高精度谐波电能表，其特征在于，在所述频率测量模块中，同时进行硬件与软件测频，并根据硬件与软件测频结果的可信度自适应选择合适的测频结果，包括如下步骤：S11.初始状态下，取fsamp＝fn，其中fn为电网额定频率；S12.按照当前fsamp控制AD采样，连续采样满所需周波后，分别进行硬件与软件测频计算；S13.硬件测频信号通过硬件比较器将AB线电压转换为方波而获得，其中在正弦信号过零点进行方波的翻转；为避免谐波畸变造成多余过零点从而引起多余过零点，AB线电压信号在进入硬件比较器之前先进行低通过滤；采用硬件IO中断连续捕获硬件测频信号上升沿，记录相邻上升沿时间差Δti；连续记录满所需周波后，剔除最大最小值，采用均值计算方法计算硬件测频频率fhard：上述公式中，N为所需周波捕获到的硬件测频信号IO中断次数；若连续记录未满所需周波，那么继续执行步骤S13；S14.软件测频通过对所需周波AD采样值进行分析获得；S15.综合对比分析硬件软件测频结果，自适应仲裁选择合适的采样频率进行下一周期采样控制；S16.将S15步骤的分析结果传递给采样控制模块，并跳转到S12步骤，进行下一轮频率测量处理流程。3.根据权利要求2所述的三相高精度谐波电能表，其特征在于，所述S14步骤中软件测频具体方法为，提取所需周波BC、CA线电压AD采样值，按如下步骤进行分析计算：①通过数字低通滤波器对AD采样值进行数字信号处理；②对滤波后的AD采样值进行线性拟合，依次获取拟合信号上升沿越零点时刻tsi；③计算相邻上升边沿越零点时间差Δtsi，剔除最大最小值，采用均值计算方法计算软件测频频率fsoft：上述公式中，N为所需周波捕获到的上升边沿越零点次数。4.根据权利要求3所述的三相高精度谐波电能表，其特征在于，在所述频率测量模块中，所述S15步骤具体逻辑包括：1)如AB线电压大于设定电压值，且fhard频率值在[fn-10Hz，fn+10Hz]范围之内，则取fsamp＝fhard；2)不满足上述第1条，且BC、CA线电压任一大于另一设定电压值，且该线电压fsoft频率值在[fn-10Hz，fn+10Hz]范围之类...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾幼松，王新华，占子飞，刘大川，杨慧杰，陈坚，何学军，刘丰，严伟诚，韦云云，陈新亮，杨煌，云飞，赵艳，刘军，
申请(专利权)人：深圳市中电电力技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44