無功功率測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明具體涉及一種無功功率測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，常用的無功測(cè)量方法主要有功率三角法、傅里葉變換法、Hilbert濾波器法、 小波變換法和數(shù)字移相法等。但這些測(cè)量方法均沒有同時(shí)在準(zhǔn)確度、實(shí)時(shí)性上達(dá)到最佳，都 存在一定的局限性，如功率三角法求出的無功功率不具有方向性，失去了無功功率象限信 息；傅里葉變換和Hilbert濾波器法可得到較好的測(cè)量結(jié)果，但傅里葉變換法計(jì)算量大且 存在頻譜泄露和受頻率分辨率限制的問題，被分析的信號(hào)必須是穩(wěn)態(tài)的，Hilbert濾波器設(shè) 計(jì)較困難，同時(shí)傅里葉變換和Hilbert濾波器法對(duì)硬件性能要求非常高，一般需要高性能 數(shù)字信號(hào)處理器來實(shí)現(xiàn)；另外，小波變換和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法復(fù)雜，計(jì)算量大，耗時(shí)長(zhǎng)，工程實(shí)用 化很難；數(shù)字移相法測(cè)量無功實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度好、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，但在信號(hào)頻率變化時(shí)會(huì)出現(xiàn) 移相誤差，雖可通過軟件同步采樣方法來減小誤差，但以犧牲實(shí)時(shí)性為代價(jià)。
[0003] 因數(shù)字移相法測(cè)量無功的方法簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、測(cè)量精度較高，且實(shí)施成本低，目 前大多數(shù)電能計(jì)量?jī)x表采用的仍然是這種方法，即把電壓移相四分之一信號(hào)周期后與電流 點(diǎn)乘并累計(jì)，通過計(jì)算電壓電流點(diǎn)乘的周期平均值即可求出無功功率。但傳統(tǒng)數(shù)字移相法 測(cè)量無功功率的準(zhǔn)確度常被被測(cè)信號(hào)的頻率變化和采樣的同步率所影響，導(dǎo)致測(cè)量不夠準(zhǔn) 確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種能提高無功功率測(cè)量的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，并且容易實(shí) 現(xiàn)、實(shí)施成本低的無功功率測(cè)量方法。
[0005] 本發(fā)明提供的這種無功功率測(cè)量方法，包括如下步驟： S1采樣輸入的電壓信號(hào)和電流信號(hào)，得到離散的電壓采樣值和電流采樣值； S2獲取電壓信號(hào)的頻率，并用得到的頻率計(jì)算電壓移相四分之一周期需要平移的采 樣點(diǎn)數(shù)和補(bǔ)償?shù)南辔唬?S3根據(jù)S2中得到的平移采樣點(diǎn)數(shù)進(jìn)行整數(shù)移位，查找對(duì)應(yīng)的電壓歷史采樣值；并根 據(jù)S2中得到的相位補(bǔ)償值計(jì)算群延遲； S4對(duì)S3中整數(shù)移位后得到的電壓歷史采樣值進(jìn)行牛頓插值，對(duì)電壓整數(shù)移位進(jìn)行相 位補(bǔ)償； S5利用S4中牛頓插值后得到的電壓數(shù)據(jù)和S1中得到的電流采樣值計(jì)算出無功功率。
[0006] 所述的步驟S2中所述的計(jì)算平移的采樣點(diǎn)數(shù)和補(bǔ)償?shù)南辔?，具體方法為： M=[fs/(4fJ] A4> = {fs/(4fJ~M}?(2nfm/fJ 式中，i偽平移采樣點(diǎn)數(shù)；為信號(hào)采樣頻率；為電壓信號(hào)頻率；』4為相位補(bǔ)償值；[fs/(4fm)]轟示f/(4fmMM。
[0007] 所述的步驟S3中所述進(jìn)行整數(shù)移位為根據(jù)S2中的平移采樣點(diǎn)數(shù)妨注行整數(shù)移 位，查找對(duì)應(yīng)的電壓歷史采樣值為查找當(dāng)前電壓采樣值之前M和M+1點(diǎn)的電壓歷史采樣 值； 所述的步驟S3中所述計(jì)算群延遲，具體方法為： D=A4> / (2nfm/fj= {fs/(4fJ~M} 式中，/約群延遲；靡3平移采樣點(diǎn)數(shù)；為信號(hào)采樣頻率；為電壓信號(hào)頻率；」必為 相位補(bǔ)償值。
[0008] 所述的步驟S4中所述對(duì)電壓整數(shù)移位進(jìn)行相位補(bǔ)償，具體方法為： u' (k)=u(k~M)~D?[u(k~M) -u(k~M~l)] 式中，i偽平移采樣點(diǎn)數(shù)；C為群延遲；勸和為電壓歷史采樣值，即每個(gè) 周期電壓第々-i#P々-蒼1個(gè)采樣點(diǎn)值；y'U)為電壓采樣值經(jīng)整數(shù)移位和相位補(bǔ)償 后的數(shù)據(jù)； 所述的步驟S5中所述計(jì)算于功功率，縣休方法為：
式中，A為每個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)，VU)為電壓采樣值i/U)經(jīng)整數(shù)移位和相位補(bǔ)償后 的數(shù)據(jù)，為步驟S1中的電流采樣值。
[0009] 本發(fā)明能提供的這種無功功率測(cè)量方法，由于采用牛頓插值方法對(duì)經(jīng)過整數(shù)移位 的電壓進(jìn)行相位補(bǔ)償，使電壓數(shù)字移相達(dá)到準(zhǔn)確四分之一周期，有效減小電壓移相誤差，大 大提高無功功率的測(cè)量準(zhǔn)確度，測(cè)量準(zhǔn)確度完全不受非同步采樣和信號(hào)頻率變化的影響， 方法簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性高，而且完全有軟件實(shí)現(xiàn)，實(shí)施成本低。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的基本原理框圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明的方法流程圖。
[0012] 圖3為本發(fā)明的實(shí)施例的基本誤差試驗(yàn)結(jié)果。
[0013] 圖4為本發(fā)明的頻率影響量的試驗(yàn)結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 如圖1所示，為本發(fā)明的基本原理框圖：本發(fā)明主要基于90度移相器。首先利用 A/D轉(zhuǎn)換器采樣電壓信號(hào)和電流信號(hào)，得到電壓采樣值和電流采樣值，同時(shí)測(cè)量電壓信號(hào) 的頻率；然后根據(jù)電壓信號(hào)的頻率計(jì)算電壓移相90度需要平移的采樣點(diǎn)數(shù)和補(bǔ)償?shù)南辔唬?接著通過整數(shù)移位和牛頓插值實(shí)現(xiàn)電壓移相四分之一周期；最后對(duì)經(jīng)過前面處理得到的電 壓、電流值進(jìn)行點(diǎn)乘并累計(jì)，計(jì)算無功功率。
[0015] 如圖2所示，為本發(fā)明的方法流程圖： 首先，對(duì)輸入的電壓信號(hào)和輸入的電流信號(hào)進(jìn)行A/D采樣，得到離散的電壓采樣值和 電流采樣值，采用兩個(gè)大小均為3N的一維數(shù)組yft；和按采樣順序保存電壓采樣值和 電流采樣值，同時(shí)通過測(cè)量電壓信號(hào)相鄰兩個(gè)過零點(diǎn)的時(shí)間間隔獲取電網(wǎng)頻率，設(shè)計(jì)算得 到的頻率值為乙。
[0016] 其次，對(duì)電壓采樣值序列和電流采樣值序列進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，包括平移采樣點(diǎn)數(shù)計(jì) 算，相位補(bǔ)償值計(jì)算，群延遲計(jì)算，牛頓插值，電壓電流點(diǎn)乘并累計(jì)，無功功率計(jì)算。具體實(shí) 施步驟如下： a. 通過所得到的頻率計(jì)算電壓移相四分之一周期需要平移的采樣點(diǎn)數(shù)i#P補(bǔ)償?shù)?相位」0，適用公式為： M=[fs/(4fJ] (1) ^4> = {fs/(4fJ~M}?(2n-fm/fs)(2) 式中，i偽平移采樣點(diǎn)數(shù)；為信號(hào)采樣頻率；為頻率；」0為相位補(bǔ)償值；/ 表示對(duì)取整； b. 根據(jù)平移采樣點(diǎn)數(shù)妨4行整數(shù)移位，查找對(duì)應(yīng)的電壓歷史采樣值〃漢-妙和 心>;根據(jù)相位補(bǔ)償值」4計(jì)算對(duì)應(yīng)的群延遲A計(jì)算公式為： D=A4>/(2n-fm/fj= {fs/(4fJ~M}(3) 式中，C為群延遲；靡3平移采樣點(diǎn)數(shù)；/s為信號(hào)采樣頻率；為頻率；」0為相位補(bǔ)償 值； c. 對(duì)步驟b中整數(shù)移位后得到的電壓歷史采樣值進(jìn)行牛頓插值，對(duì)電壓整數(shù)移位進(jìn) 行相位補(bǔ)償，插值公式為： u/ (k)=u(k~M)~D?[u(k~M)~u(k~M~l)] (4) 式中，i偽平移采樣點(diǎn)數(shù)；C為群延遲；y漢-妙和y漢以為電壓歷史采樣值，即每個(gè) 周期電壓第腐P 個(gè)采樣點(diǎn)值；^ (幻為電壓采樣值經(jīng)整數(shù)移位和相位補(bǔ)償 后的數(shù)據(jù)； d. 對(duì)步驟C得到的電壓采樣值經(jīng)整數(shù)移位和相位補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)yZ(幻和步驟a得到的電流采樣值i(幻序列進(jìn)行逐點(diǎn)相乘運(yùn)算并累計(jì)，累計(jì)滿一個(gè)周期后求累計(jì)值的平 均得到無功功率，適用公式為：
式中，A為每個(gè)周期