一种电能谐波计量方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种电能谐波计量方法及系统，属于电能计量技术领域。本发明专利技术利用过零点检测方法实时检测电网中基波频率，根据基波频率确定各次谐波电压信号和电流信号，以此实现电能谐波的计算。本发明专利技术能够消除相邻谐波和基波的影响，克服了快速傅里叶变换方法频谱泄露的问题，能够准确实现对电能谐波的计算，且该方法实现简单、运算量小，能够提高计算效率。能够提高计算效率。能够提高计算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种电能谐波计量方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种电能谐波计量方法及系统，属于电能计量


技术介绍

[0002]电力谐波所造成的电网波形畸变对电力系统的安全、经济运行造成极大的影响。同时，由于非线性负载引起谐波电流会在线性负载上造成电能消耗，使用传统的全电能计量方式，将使得非线性负荷污染电网却少交电费，线性用户收到谐波污染却又多交电费，所以需准确测量电网中的谐波含量和电能。
[0003]目前对谐波的计量算法通常是利用快速傅里叶变换(FFT算法)，但是FFT算法存在栅栏效应以及频谱泄露问题，使计算出的谐波参数有较大误差，为了提高谐波电能精度，出现了很多对FFT结果进行校正的方法，例如通过加窗减少泄露、通过插值克服栅栏效应、同步采样等。但是加窗和插值都会使计算的复杂性和存储量大大增加；同步采样需要结合硬件锁相环PLL的方式来进行修正，这种方式主要是通过实时调整采样时钟来达到与信号的同步，通过FFT来计算谐波参数，可以减少泄露所带来的的误差，但是PLL的设计需要大量的模拟电路，会使得设计成本显著增加。
[0004]另外，电网中的能量主要集中在基波和低频的奇次谐波上，FFT计算会将不是谐波成分的频点的幅值、相位参数也计算出来，而这些频点并不参与谐波电能的计算，会造成很多冗余计算，进而影响计算效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种电能谐波计量方法及系统，以解决目前采用FFT进行电能计量存在的误差大、计算复杂、效率低的问题。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题而提供一种电能谐波计量方法，该计量方法包括以下步骤：
[0007]1)将待测电能信号转换成数字信号，并对其转换后的数字信号进行干扰信号滤除；
[0008]2)对经过步骤1)的干扰信号滤除操作的信号进行过零点检测，得到待测电能信号的基波频率；
[0009]3)基于得到的基波频率分离出待测电能信号的各次谐波电压信号和电流信号；
[0010]4)根据得到的各次谐波电压信号和电流信号进行电能谐波的计算。
[0011]本专利技术利用过零点检测方法实时监测电网中基波频率，根据基波频率确定各次谐波电压信号和电流信号，以此实现电能谐波的计算。本专利技术能够消除相邻谐波和基波的影响，克服了快速傅里叶变换方法频谱泄露的问题，能够准确实现对电能谐波的计算，且该方法实现简单、运算量小，能够提高计算效率。
[0012]进一步地，所述步骤1)中干扰信号滤除包括直流分量、整数次谐波、非整数次谐波和噪声的滤除，直流分量的滤除采用的是高通滤波器；整数次谐波、非整数次谐波和噪声的
滤除采用的是内插低通滤波器。
[0013]本专利技术采用高通滤波器进行直流分量滤除，采用内插低通滤波器进行整数次谐波、非整数次谐波和噪声滤除，能够避免上述信号的干扰，提高过零点检测基波频率的精度。
[0014]进一步地，所述的内插低通滤波器包括整形滤波器和去镜像滤波器，所述整形滤波器和去镜像滤波器均采用有限脉冲响应滤波器，整形滤波器和去镜像滤波器的传递函数分别为：
[0015][0016][0017]式中：h
p
(k)是原型滤波器的冲激函数，h
ir
(k)是去镜像滤波器的冲激函数，M是h
p
(k)插0的个数，N
p
是整形滤波器系数个数，N
ir
是去镜像滤波器系数个数。
[0018]本专利技术借助于整形滤波器和去镜像滤波器来滤除整数次谐波和非整数次谐波、高频噪声，能够方便、准确地实现上述信号的滤除。
[0019]进一步地，所述步骤2)中基波频率所采用的计算公式为：
[0020][0021]f
s
是信号采样频率，a、b是采样点索引，y
a
、y
b
是对应索引的采样值，y
a
*y
a+1
＜0且y
a
＞0，y
b
*y
b+1
＜0且y
b
＞0，a＜b，可知由正值变负值的过零点在a和a+1之间。
[0022]本专利技术利用过零点检测原理确定基波频率，能够方便、快速确定基波频率。
[0023]进一步地，所述步骤3)中采用中心频点可调的二阶带通滤波器进行各次谐波电压信号和电流信号的分离，该中心频点可调的二阶带通滤波器的传递函数为：
[0024][0025]w＝2πf
h
/fs是谐波的角频率，f
s
是信号采样频率，f
c
是基波频率，f
h
＝hf
c
是第h次谐波频率，参数A控制带通滤波器的阻带衰减，参数值A越大，带通滤波器的阻带衰减也越大。
[0026]本专利技术通过设计一个中心频点可调的二阶带通滤波器进行各次谐波信号的提取，并能够根据基波频率的变化进行相应调整，保证了保证基波频率波动时谐波计量的准确性。
[0027]本专利技术还提供了一种电能谐波计量系统，该系统包括模数转换模块、去直流模块、内插低通滤波器、过零检测模块、谐波分量分离模块和计算模块；所述的模数转换模块用于将待测电能信号转换成数字信号；所述去直流模块用于对转换后的数字信号进行直流分量的滤除；所述内插低通滤波器用于对直流分量的滤除后的信号进行整数次谐波、非整数次谐波和噪声的滤除；所述过零检测模块用于对内插低通滤波器滤除后的信号进行过零检测，得到待测电能信号的基波频率；所述谐波分量分离模块用于根据所述基波频率分离出待测电能信号的各次谐波电压信号和电流信号；所述计算模块用于根据得到的各次谐波电压信号和电流信号进行电能谐波的计算。
[0028]本专利技术利用过零点检测方法实时监测电网中基波频率，根据基波频率确定各次谐
波电压信号和电流信号，以此实现电能谐波的计算。本专利技术能够消除相邻谐波和基波的影响，克服了快速傅里叶变换方法频谱泄露的问题，能够准确实现对电能谐波的计算，且该方法实现简单、运算量小，能够提高计算效率。
[0029]进一步地，所述去直流模块采用高通滤波器。
[0030]进一步地，所述的内插低通滤波器包括整形滤波器和去镜像滤波器，所述整形滤波器和去镜像滤波器均采用有限脉冲响应滤波器，整形滤波器和去镜像滤波器的传递函数分别为：
[0031][0032][0033]式中：h
p
(k)是原型滤波器的冲激函数，h
ir
(k)是去镜像滤波器的冲激函数，M是h
p
(k)插0的个数，N
p
是整形滤波器系数个数，N
ir
是去镜像滤波器系数个数。
[0034]本专利技术采用高通滤波器进行直流分量滤除，采用内插低通滤波器进行整数次谐波、非整数次谐波和噪声滤除，能够避免上述信号的干扰，提高过零点检测基波频率的精度。
[0035]进一步地，所述过零检测模块进行基波频率计算的公式为：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电能谐波计量方法，其特征在于，该计量方法包括以下步骤：1)将待测电能信号转换成数字信号，并对其转换后的数字信号进行干扰信号滤除；2)对经过步骤1)的干扰信号滤除操作的信号进行过零点检测，得到待测电能信号的基波频率；3)基于得到的基波频率分离出待测电能信号的各次谐波电压信号和电流信号；4)根据得到的各次谐波电压信号和电流信号进行电能谐波的计算。2.根据权利要求1所述的电能谐波计量方法，其特征在于，所述步骤1)中干扰信号滤除包括直流分量、整数次谐波、非整数次谐波和噪声的滤除，直流分量的滤除采用的是高通滤波器；整数次谐波、非整数次谐波和噪声的滤除采用的是内插低通滤波器。3.根据权利要求2所述的电能谐波计量方法，其特征在于，所述的内插低通滤波器包括整形滤波器和去镜像滤波器，所述整形滤波器和去镜像滤波器均采用有限脉冲响应滤波器，整形滤波器和去镜像滤波器的传递函数分别为：器，整形滤波器和去镜像滤波器的传递函数分别为：式中：h
p
(k)是原型滤波器的冲激函数，h
ir
(k)是去镜像滤波器的冲激函数，M是h
p
(k)插0的个数，N
p
是整形滤波器系数个数，N
ir
是去镜像滤波器系数个数。4.根据权利要求1或3所述的电能谐波计量方法，其特征在于，所述步骤2)中基波频率所采用的计算公式为：f
c
是基波频率，f
s
是信号采样频率，a、b是采样点索引，y
a
、y
b
是对应索引的采样值，y
a
*y
a+1
＜0且y
a
＞0，y
b
*y
b+1
＜0且y
b
＞0，a＜b，可知由正值变负值的过零点在a和a+1之间。5.根据权利要求1或3所述的电能谐波计量方法，其特征在于，所述步骤3)中采用中心频点可调的二阶带通滤波器进行各次谐波电压信号和电流信号的分离，该中心频点可调的二阶带通滤波器的传递函数为：w＝2πf
h
/fs是谐波的角频率，f
s
是信号采样频率，f
c
是基波频率，f
h
＝hf
c
是第h次谐波频率，参数A控制带通滤波器的阻带衰减，参数值A越大，带通滤波器的阻带衰减也就越大。6.一种电能谐波计量系统，其特征在于，该系统包括模数转换模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴义文，陈飞飞，黄梅莹，孙胤杰，楼红伟，李正卫，郭昌松，
申请(专利权)人：深圳智微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：