一种四象限功率测量方法技术

本发明专利技术公开一种测量功率的方法，即一种四象限功率测量方法，它克服了现有方法只适用于用电端口或供电端口这样的功率传输方向确定的电能计量点的功率测量的缺陷，以及功率测量不准确或抗干扰能力差、计算量大等不足。其步骤为：设备启动后设置一个周期内的采样点数Ｎ和采样频率ｆ↓［ｓ］；经采样得到一个周期内的电压采样值序列ｕ（ｎ）和电流采样值序列ｉ（ｎ）；对ｕ（ｎ）和ｉ（ｎ）分别进行离散傅里叶变换，得到＊（ｋ）和＊（ｋ）；根据＊（ｋ）和＊（ｋ）利用公式直接计算有功功率Ｐ和无功功率Ｑ；根据有功功率Ｐ和无功功率Ｑ计算视在功率Ｓ和功率因数λ；根据Ｐ、Ｑ的正负号确定功率状态。本方法同时考虑功率数值大小和功率传输方向，适用于功率传输方向确定和变化的电能计量点的功率测量，而且本方法测量准确、抗干扰能力强、计算量小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量功率的方法。
技术介绍
目前的功率测量方法大多只用来测量功率数值大小，一般不给出功率传输方向，只适用于用电端口或者只适用于供电端口的功率测量，不适用于功率传输方向变化的电能计量点的功率测量，如公开号是CN1067744A、名称是《测量功率和电能的方法及装置》的专利技术专利申请，因而不能反映电能计量点的真实功率状态，而某些有时候用电有时候发电的设备，则需要测量其瞬时的真实功率状态，现有的测量方法都完成不了这些功能；另一方面，目前的功率测量方法也存在着测量不准确或抗干扰能力差、计算量大等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，以克服现有的功率测量方法只适用于用电端口或供电端口这样的功率传输方向确定的电能计量点的功率测量的缺陷，以及功率测量不准确或抗干扰能力差、计算量大等不足。本专利技术方法的步骤如下启动测量设备101；设置一个测量周期内的采样点数N和采样频率fs102；经采样得到一个测量周期内的电压采样值序列u(n)和电流采样值序列i(n)103；对电压采样值序列u(n)和电流采样值序列i(n)分别进行离散傅里叶变换，得到变换后电压序列值(k)和变换后电流序列值 U·(k)=URk+jUIkI·(k)=IRk+jIIk]]>104；根据变换后电压序列值(k)和变换后电流序列值 利用公式P=UR0IR0+2N2Σk=1N-1Q=2N2Σk=1N-1]]>计算有功功率P和无功功率Q 105；根据有功功率P和无功功率Q计算视在功率S和功率因数λ106；根据有功功率P、无功功率Q的正负号确定功率状态107；然后返回步骤103的起始端完成下一周期的功率测量。本专利技术的四象限功率测量方法的特点在于，从矢量的角度对功率进行测量，考虑有功功率、无功功率的数值大小和传输方向，唯一确定了电能交换的真实状态和数值，既适用于功率传输方向确定的电能计量点的功率测量，也适用于功率传输方向变化的电能计量点的功率测量；由于本专利技术的方法采用了傅里叶变换，变换过程中可虑除高频干扰信号，因此测量准确、抗干扰能力强，在计算过程中使用了专门的公式，计算量小，得到的数值准确，除采样电路外均采用纯软件计算方法，功率状态直接由有功功率和无功功率的正负号确定，不需要测量阻抗角大小，减少了硬件成本，可广泛用于数字式功率测量设备。附图说明图1是本专利技术方法的流程示意图，图2是实施方式二中的四象限功率状态分布图，图3是实施方式一中电压采样电路1、电流采样电路2和模/数转换电路3的电路结构示意图。具体实施例方式具体实施方式一下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式由如下步骤组成启动测量设备101；设置一个测量周期内的采样点数N和采样频率fs，所设定的采样频率fs大于等于被测交流电最高频率的二倍(满足香农采样定理)，一个测量周期为被测交流电基波周期的整数倍102；经采样得到一个测量周期内的电压采样值序列u(n)和电流采样值序列i(n)103；对电压采样值序列u(n)和电流采样值序列i(n)分别进行离散傅里叶变换，得到变换后电压序列值(k)和变换后电流序列值 U·(k)=URk+jUIkI·(k)=IRk+jIIk]]>104；根据变换后电压序列值(k)和变换后电流序列值 利用公式P=UR0IR0+2N2Σk=1N-1Q=2N2Σk=1N-1]]>计算有功功率P和无功功率Q 105；根据有功功率P和无功功率Q计算视在功率S和功率因数λ106；根据有功功率P、无功功率Q和功率因数λ的正负号确定功率状态107；然后返回步骤103的起始端完成下一周期的功率测量。在本专利技术中(一)以合适的采样频率对电压和电流进行采样，得到一个周期内的电压采样值序列u(n)和电流采样值序列i(n)(n＝0，1，2，...，N-1，N为一个周期内的采样点数)。(二)对电压采样值序列u(n)和电流采样值序列i(n)按照公式(1)进行离散傅里叶变换，得到如公式(2)所示的变换结果U·(k)=Σn=0N-1u(n)·e-j2NNk·nI·(k)=Σn=0N-1i(n)·e-j2NNk·n---(1)]]>U·(k)=URk+jUIkI·(k)=IRk+jIIk---(2)]]>式中，(k)、 为复数，分别表示电压、电流采样值序列u(n)、i(n)的离散傅里叶变换后的第k次电压、电流分量；URk、UIk分别为第k次电压分量的实部与虚部；IRk、IIk分别为第k次电流分量的实部与虚部；k＝0，1，2，...，N-1。(三)根据公式(2)表示的电压采样值序列u(n)和电流采样值序列i(n)的傅里叶变换结果，按照公式(3)计算有功功率P和无功功率QP=UR0IR0+2N2Σk=1N-1Q=2N2Σk=1N-1---(3)]]>(四)由公式(3)计算出有功功率P和无功功率Q之后，按照公式(4)计算视在功率S和功率因数λ(这里-1≤λ≤1)S=P2+Q2λ=PS---(4)]]>(五)根据公式(3)计算的有功功率和无功功率是带正负号的，正号表示吸收功率，负号表示输出功率。在步骤103中电压和电流是通过电压采样电路1、电流采样电路2和模/数转换电路3来进行采集的。电压采样电路1由电压互感器PT1、一号集成运算放大器A1、二号集成运算放大器A2、一号电阻R81、二号电阻R82、三号电阻R83、四号电阻R84、五号电阻R85和六号电阻R86组成，电压互感器PT1为电压输入、电压输出型电压变换器，其原边的两端连接在被测量的电路端口的两端上，电压互感器PT1副边的一端接地，另一端连接四号电阻R84的一端，四号电阻R84的另一端连接一号集成运算放大器A1的同相输入端和二号电阻R82的一端，一号集成运算放大器A1的反相输入端连接三号电阻R83的一端和一号电阻R81的一端，三号电阻R83的另一端接地，一号电阻R81的另一端连接一号集成运算放大器A1的输出端和五号电阻R85的一端，二号电阻R82的另一端连接二号集成运算放大器A2的输出端、六号电阻R86的一端和二号集成运算放大器A2的反相输入端；电流采样电路2由电流互感器CT1、三号集成运算放大器A3、四号集成运算放大器A4、七号电阻R87、八号电阻R88、九号电阻R89、十号电阻R90、十一号电阻R91和十二号电阻R92组成，电流互感器CT1为电流输入、电压输出型电流变换器，其原边串联在被测量的电路上，电流互感器CT1副边的一端接地，另一端连接十号电阻R90的一端，十号电阻R90的另一端连接三号集成运算放大器A3的同相输入端和八号电阻R88的一端，三号集成运算放大器A3的反相输入端连接七号电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四象限功率测量方法，其特征在于它通过以下步骤完成：启动测量设备（１０１）；设置一个测量周期内的采样点数Ｎ和采样频率ｆ↓［ｓ］（１０２）；经采样得到一个测量周期内的电压采样值序列ｕ（ｎ）和电流采样值序列ｉ（ｎ）（１０３）；对电压采样值序列ｕ（ｎ）和电流采样值序列ｉ（ｎ）分别进行离散傅里叶变换，得到变换后电压序列值＊（ｋ）和变换后电流序列值＊（ｋ），＊＊＊（１０４）；根据变换后电压序列值＊（ｋ）和变换后电流序列值＊（ｋ）利用公式＊＊＊计算有功功率Ｐ和无功功率Ｑ（１０５）；根据有功功率Ｐ和无功功率Ｑ计算视在功率Ｓ和功率因数λ（１０６）；根据有功功率Ｐ、无功功率Ｑ的正负号确定功率状态（１０７）；然后返回步骤（１０３）的起始端完成下一周期的功率测量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：佟为明，李凤阁，林景波，张文义，赵志衡，宋雪雷，成功，
申请(专利权)人：哈尔滨今日电子有限公司，哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]