无功功率计算电路和方法技术

本发明专利技术公开了一种无功功率计算电路和一种无功功率计算方法。本发明专利技术先将电流数字信号或电压数字信号进行傅立叶变换，并对傅立叶变换得到的频域信号移相９０度，再对移相后的频域信号进行傅立叶反变换，从而能够根据移相后的电流数字信号或电压数字信号与未移相的电压数字信号或电流数字信号计算得到无功功率。而且，对基波和谐波的电流或电压信号，均可实现对其傅立叶变换后的频域信号进行移相处理，从而本发明专利技术相比于现有的移采样点方法，提高了无功功率计算的应用范围；傅立叶变换与反变换为成熟的数字处理技术，因而易于实现，且成本低，从而本发明专利技术相比于现有的Ｈｉｌｂｅｒｔ滤波法，降低了实现成本和实现难度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电能计量技术，特别涉及一种无功功率计算电路和一种无功功率计算方法。
技术介绍
电能计量是计量有功功率发生的能量，有功功率P0的计算公式为P0=V×I2cosα]]>其中，V为电压，I为电流，α为电压电流的相位夹角。图1为现有技术中电能计量电路的结构示意图。如图1所示，现有的电能计量电路通常包括模数转换单元101和模数转换单元102、乘法器103、能量累加单元104。模数转换单元101将电流模拟信号转换为电流数字信号。模数转换单元102将电压模拟信号转换为电压数字信号。乘法器103计算电流数字信号和电压数字信号的乘积，即有功功率。能量累加单元104将乘法器103输出的有功功率进行累加，即能量累加，在累加结果溢出时，通过数频转换输出用于电能计量的校表脉冲。上述电路中，通常还可以包括抽取滤波单元和低通滤波单元等其他辅助功能单元。通过上述电能计量电路即可实现有功功率的计量，并可以此计量用户的电费。但为了检测电路中的负载质量，还需要准确获知无功功率。无功功率P1的计算公式为 其中，V为电压，I为电流，α为电压电流的相位夹角。基于上述无功功率的计算公式，并在有功功率计算的基础上，现有计算无功功率的方法主要有以下两种1、移采样点法在如图1所示的电能计量电路中的模数转换单元101与乘法器103之间、或模数转换单元102与乘法器103之间增加一个缓存单元，用于对电压数字信号进行1/4个相位周期的缓存，即对电流数字信号或电压数字信号进行90度的移相，并计算缓存后的电流数字信号或电压数字信号与未缓存的电压数字信号或电流数字信号的乘积。但是，该方法仅适用于基波，而对谐波则无法实现90度的移相。2、希尔伯特(Hilbert)滤波法利用Hilbert滤波器的移相特性，对电压数字信号或电流数字信号移相90度，并计算移相后的电压数字信号或电流数字信号与未移相的电流数字信号或电压数字信号的乘积。但是，Hilbert滤波器的滤波系数设计较复杂，数值不规整，因而实现起来也较复杂，且实现成本高。可见，现有技术中，无法有效计算无功功率，或实现成本高且难度大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的一个主要目的在于，提供一种无功功率计算电路，能够在较低成本的前提下计算无功功率，且降低了实现难度。本专利技术的另一个主要目的在于，提供另一种无功功率计算方法，能够在较低成本的前提下计算无功功率，且降低了实现难度。根据上述的一个主要目的，本专利技术提供了一种无功功率计算电路，包括用于将电流模拟信号转换为电流数字信号的一路模数转换单元、用于将电压模拟信号转换为电压数字信号的一路模数转换单元、以及乘法器，所述两路模数转换单元中的任意一路与所述乘法器之间进一步包括移相单元，对该路模数转换单元的输出进行傅立叶变换，将傅立叶变换得到的频域信号偏转90度后进行傅立叶反变换并输出； 所述乘法器将所述移相单元的输出与另一路模数转换单元的输出进行乘法运算，并将得到的乘积输出。所述另一路模数转换单元与所述乘法器之间进一步包括相位补偿单元，根据预设的相位补偿量，对所述另一路模数转换单元的输出进行相位补偿，消除该路模数转换单元的输出与所述移相单元输出之间的相位偏移，并输出给所述乘法器。所述相位补偿量是根据所述移相单元得到其输出所耗费的时间长度设定。该电路进一步包括能量累加单元，对所述乘法器输出的所述乘积进行累加。所述移相单元包括傅立叶变换子单元、相位变换子单元和傅立叶反变换子单元，其中，所述傅立叶变换子单元，对所述两路模数转换单元中的任意一路的输出进行傅立叶变换；所述相位变换子单元，将傅立叶变换得到的频域信号偏转90度；所述傅立叶反变换子单元，将偏转90度后的频域信号进行傅立叶反变换并输出。根据上述的另一个主要目的，本专利技术提供了一种无功功率计算方法，包括将输入的电流模拟信号转换输出为一路电流数字信号；将输入的电压模拟信号转换输出为一路电压数字信号；还包括以下步骤对两路输出中的任意一路输出进行傅立叶变换，得到频域信号，将傅立叶变换得到的频域信号偏转90度后进行傅立叶反变换；将傅立叶反变换后的输出与另一路输出进行乘法运算。所述将傅立叶反变换后的输出与另一路输出进行乘法运算之前，该方法进一步包括 对所述另一路的输出相位补偿，消除该路输出与傅立叶反变换后的输出之间的相位偏移。所述相位补偿量是根据得到所述傅立叶反变换后输出所耗费的时间长度设定。所述对所述另一路的输出相位补偿为根据移相处理过程所占用的同步周期对应的同步信号个数，选择相等数量的预设单位相位偏差量作为相位补偿量。所述将傅立叶反变换后的输出与另一路输出进行乘法运算之后，该方法进一步包括对所述乘积进行累加。由上述技术方案可见，本专利技术先将电流数字信号或电压数字信号进行傅立叶变换，并对傅立叶变换得到的频域信号移相90度，再对移相后的频域信号进行傅立叶反变换，从而能够根据移相后的电流数字信号或电压数字信号与未移相的电压数字信号或电流数字信号计算得到无功功率。而且，对基波和谐波的电流或电压信号，均可实现对其傅立叶变换后的频域信号进行移相处理，从而本专利技术相比于现有的移采样点方法，提高了无功功率计算的应用范围；傅立叶变换与反变换为成熟的数字处理技术，因而易于实现，且成本低，从而本专利技术相比于现有的Hilbert滤波法，降低了实现成本和实现难度。本专利技术基于现有的电能计量电路实现无功功率的计算，从而提高硬件的复用率，进而使得本专利技术的技术方案易于推广。本专利技术还可以对未移相的电压数字信号或电流数字信号进行相位补偿，以消除未移相的电压数字或电流数字信号与移相处理后的电流数字信号或电压数字信号的相位偏移，从而提高了计算得到的无功功率的准确度。附图说明图1为现有技术中电能计量电路的结构示意图。图2为本专利技术实施例中无功功率计算电路的结构图。图3为本专利技术实施例中无功功率计算方法的流程图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术实施例中，先将电流数字信号或电压数字信号进行傅立叶变换，并对傅立叶变换得到的频域信号偏转90度，再对移相后的频域信号进行傅立叶反变换，从而能够根据移相后的电流数字信号或电压数字信号与未移相的电压数字信号或电流数字信号计算得到无功功率。对于基波和谐波信号，均可通过傅立叶变换得到频域信号。如果是基波，则得到的频域信号包括基波的幅度和相位；如果是一次谐波、或二次谐波等谐波，则得到的频域信号包括各次频率上信号的幅度和相位。具体来说，得到的频域信号为一个长度表示幅度且角度表示相位的矢量。然后再对该矢量做90度旋转，得到另一个长度不变、角度偏转90度的矢量。最后再对长度不变、角度偏转90度的矢量做反傅立叶变换，回到时域，即实现了对电流数字信号或电压数字信号的90度的移相处理。其中，对于谐波信号来说，各次频率的矢量的偏转是相互独立的。图2为本专利技术实施例中无功功率计算电路的结构示意图。如图2所示，本实施例中的无功功率计算电路包括模数转换单元101、模数转换单元102乘法器103和移相单元210。模数转换单元101，将电流模拟信号转换为电流数字信号。模数转换单元102，将电压模拟信号转换为电压数字信号。移相单元210，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无功功率计算电路，包括：用于将电流模拟信号转换为电流数字信号的一路模数转换单元、用于将电压模拟信号转换为电压数字信号的一路模数转换单元、以及乘法器，其特征在于，所述两路模数转换单元中的任意一路与所述乘法器之间进一步包括：移相单元，对该路模数转换单元的输出进行傅立叶变换，将傅立叶变换得到的频域信号偏转９０度后进行傅立叶反变换并输出；所述乘法器将所述移相单元的输出与另一路模数转换单元的输出进行乘法运算，并将得到的乘积输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范志军，
申请(专利权)人：北京中星微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]