非稳态电网信号的基波、谐波、间谐波电能功率测量方法技术

本发明专利技术公开了一种非稳态电网信号的基波、谐波、间谐波电能功率测量方法，包括：判断电网电压和电流信号中出现暂态变化的位置，将电网电压和电流信号进行分段，估计各段电压和电流信号的基波频率；划分基波、谐波以及间谐波的频带；设计低通滤波器和带通滤波器；对各段电压信号和电流信号使用压缩感知正交匹配追踪算法模型，得到提高了频率分辨率的信号频谱；将信号频谱与低通滤波器和带通滤波器的系数分别相乘，并做傅里叶逆变换，得到各频带的时域信号；根据各频带时域信号，计算基波、谐波、间谐波的电能和功率。由此，能够提高稳态和非稳态条件下电网信号电能和功率的测量准确性，且具有较强的对被测电网信号随机出现暂态变化的自适应能力。化的自适应能力。化的自适应能力。

【技术实现步骤摘要】
非稳态电网信号的基波、谐波、间谐波电能功率测量方法


[0001]本专利技术涉及电能计量
，特别涉及一种非稳态电网信号的基波、谐波、间谐波电能功率测量方法。

技术介绍

[0002]随着电网架构日益复杂，各种变频装置大量使用，以及电弧炉、感应电机、矿井提升机、电焊机、电梯等非线性波动负荷更多接入，在电网电压、电流信号中产生了大量谐波和间谐波成分。谐波源和间谐波源不仅作为负荷要消耗功率，还可能向电网注入谐波功率和间谐波功率。传统的电能测量方式，是直接将电网电压、电流信号的瞬时采样值相乘再积分的所谓全电能测量方式。但按全电能测量方式结算电能，谐波源和间谐波源用户会少交电费，而受到谐波和间谐波干扰的广大普通用电户，则需要多交电费。即，以全电能测量方式进行电费结算，会影响电能计量和电力交易的公平性和合理性。因此，需要对基波、谐波和间谐波的电能和功率分别进行测量。然而，现有的基波、谐波和间谐波电能功率测量方法，普遍存在频谱泄漏、频谱混叠和栅栏效应等问题，导致测量准确度较低，且无法应用于非稳态电网信号的电能功率测量。
[0003]在目前的相关技术中，例如一种基于加窗插值傅里叶变换的电能功率测量方法，虽然可在同步采样和非同步采样条件下计算得到电压、电流各频率成分的幅值及相位，进而求得基波、谐波和间谐波的电能和功率，但存在频谱泄漏、伪谐波成分以及缺少时间信息等缺陷，对非稳态电网信号的测量准确性不高；例如一种基于时
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频联合分析的电能功率测量方法，虽然能对非稳态的电压、电流信号进行频带分解，但因频带设计不尽合理，使各频率成分之间存在混叠，进而导致电能功率的测量准确性降低；例如一种基于参数化模型的电能功率测量方法，虽然使用一种特定的数学模型描述电压、电流信号，并依据采样数据估计模型参数，进而求解电压、电流信号中的基波、谐波和间谐波成分，但算法结构复杂，计算量大，尚难以应用于供电系统电能功率消耗的实时在线分析。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0005]为此，本专利技术的目的在于提出一种非稳态电网信号的基波、谐波、间谐波电能功率测量方法，该方法能够提高稳态和非稳态电网信号条件下电能功率的测量准确性，且对被测电网信号的随机性变化具有较强的自适应能力。
[0006]为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种非稳态电网信号的基波、谐波、间谐波电能功率测量方法，包括：
[0007]设定采样频率和采样点数，获取电网电压信号和电网电流信号；
[0008]判断所述电网电压信号和所述电网电流信号中出现暂态变化的位置；
[0009]以所述出现暂态变化的位置为界，将所述电网电压信号和所述电网电流信号分段；
[0010]估计各段电压信号和电流信号的基波频率；
[0011]根据所述出现暂态变化的位置、所述采样频率以及所述各段电压信号和电流信号的基波频率划分基波、谐波以及间谐波的频带；
[0012]设计最低频带的低通滤波器和其他频带的带通滤波器；
[0013]设定目标频率分辨率，计算插值因子，对各段电压信号和电流信号使用压缩感知正交匹配追踪算法模型，得到频率分辨率提高的信号频谱；
[0014]将所述频率分辨率提高的信号频谱与低通滤波器和带通滤波器的系数分别相乘，并进行傅里叶逆变换，得到各频带的时域信号；
[0015]根据所述各频带的时域信号，计算基波、谐波、间谐波的电能和功率。
[0016]本专利技术实施例的非稳态电网信号的基波、谐波、间谐波电能功率测量方法，
[0017]另外，根据本专利技术上述实施例的非稳态电网信号的基波、谐波、间谐波电能功率测量方法还可以具有以下附加的技术特征：
[0018]可选地，在本专利技术的一个实施例中，通过任意暂态检测方法或高频信号检测方法，判断所述电网电压信号和所述电网电流信号中出现暂态变化的位置。
[0019]可选地，在本专利技术的一个实施例中，估计各段电压信号和电流信号的基波频率，包括：
[0020]通过加窗插值傅里叶变换方法或采用时频变换方法或利用谱估计方法或利用同步相量测量方法估计各段电压信号和电流信号的基波频率。
[0021]可选地，在本专利技术的一个实施例中，根据所述出现暂态变化的位置、所述采样频率以及所述各段电压信号和电流信号的基波频率划分基波、谐波以及间谐波的频带，包括：
[0022]各段电压信号、电流信号的基波和谐波的频带范围满足：
[0023][0024]其中，h为正整数，代表谐波次数，当h＝1时，代表基波；k为正整数，代表信号的段序号，N
k
为出现暂态变化的位置、f
s
为采样频率，f
1k
为各段电压信号u
k
(n)、电流信号i
k
(n)的基波频率；
[0025]各段信号的间谐波频带范围满足：
[0026][0027]其中，C代表补集。
[0028]可选地，在本专利技术的一个实施例中，通过任意正交小波函数设计所述最低频带的低通滤波器和其他频带的带通滤波器。
[0029]可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述压缩感知正交匹配追踪算法模型的输入为所述插值因子、各段电压信号和电流信号，输出为频率分辨率提高至目标频率分辨率的信号频谱。
[0030]可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述目标频率分辨率的取值范围为：Δf≤0.5Hz。
[0031]可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述插值因子P为：
[0032][0033]其中，Δf为目标频率分辨率，N
k
为出现暂态变化的位置，f
s
为采样频率，k为正整数，代表信号的段序号。
[0034]可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述基波、谐波、间谐波的电能和功率，包括：总电能、基波电能、谐波电能、间谐波电能、基波有功功率、谐波有功功率、间谐波有功功率、基波视在功率、谐波视在功率、电流畸变功率，以及电压畸变功率。
[0035]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0036]本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0037]图1为根据本专利技术一个实施例的非稳态电网信号的基波、谐波、间谐波电能功率测量方法的流程图；
[0038]图2为根据本专利技术一个实施例的基波频带、谐波频带和间谐波频带的示意图；
[0039]图3为根据本专利技术一个实施例的低通滤波器和带通滤波器的幅频响应的示意图。
具体实施方式
[0040]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非稳态电网信号的基波、谐波、间谐波电能功率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：设定采样频率和采样点数，获取电网电压信号和电网电流信号；判断所述电网电压信号和所述电网电流信号中出现暂态变化的位置；以所述出现暂态变化的位置为界，将所述电网电压信号和所述电网电流信号分段；估计各段电压信号和电流信号的基波频率；根据所述出现暂态变化的位置、所述采样频率以及所述各段电压信号和电流信号的基波频率划分基波、谐波以及间谐波的频带；设计最低频带的低通滤波器和其他频带的带通滤波器；设定目标频率分辨率，计算插值因子，对各段电压信号和电流信号使用压缩感知正交匹配追踪算法模型，得到频率分辨率提高的信号频谱；将所述频率分辨率提高的信号频谱与低通滤波器和带通滤波器的系数分别相乘，并进行傅里叶逆变换，得到各频带的时域信号；根据所述各频带的时域信号，计算基波、谐波、间谐波的电能和功率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过任意暂态检测方法或高频信号检测方法，判断所述电网电压信号和所述电网电流信号中出现暂态变化的位置。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，估计各段电压信号和电流信号的基波频率，包括：通过加窗插值傅里叶变换方法或采用时频变换方法或利用谱估计方法或利用同步相量测量方法估计各段电压信号和电流信号的基波频率。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述出现暂态变化的位置、所述采样频率以及所述各段电压信号和电流信号的基波频率划分基波、谐波以及间谐波的频带，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：尉怡青，李世松，赵伟，黄松岭，李凯特，赵东芳，刘坚，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：