一種基于指定交流成分的用電特性計(jì)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于指定交流成分的用電特性計(jì)量方法，屬于電功率計(jì)量技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在工程中，經(jīng)常需要對(duì)電路以及電子電氣設(shè)備的用電特性進(jìn)行評(píng)價(jià)，為此，需要對(duì) 直流功率以及交流成分(未知頻率)的有功功率、無功功率、視在功率和功率因數(shù)進(jìn)行計(jì)量， 目前通常采用在指定時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)對(duì)被測(cè)電壓與電流之積進(jìn)行積分運(yùn)算的電功率計(jì)量方法， 例如基于傅里葉變換的方法。只有在積分時(shí)間與被測(cè)信號(hào)的所有交流成分的周期之比都是 正整數(shù)的條件下，采用這類方法才能實(shí)現(xiàn)電功率的精確計(jì)量，且不能同時(shí)獲得被測(cè)設(shè)備與 電路的直流功率及各未知頻點(diǎn)交流成分的功率參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種基于指定交流成分的用電特性計(jì)量方法，以解決采用積 分運(yùn)算進(jìn)行用電特性計(jì)量不能同時(shí)獲得被測(cè)設(shè)備與電路的直流功率及各未知頻點(diǎn)交流成 分的功率參數(shù)的問題。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供了一種基于指定交流成分的用電特性計(jì)量方法， 該計(jì)量方法包括以下步驟：
[0005] 1)以設(shè)定周期T同時(shí)對(duì)用電設(shè)備的電壓和電流進(jìn)行采集，以得到同一時(shí)刻的電壓 和電流的采樣數(shù)據(jù)；
[0006] 2)根據(jù)指定的交流成分個(gè)數(shù)，采用預(yù)估-校正算法獲取電壓和電流的直流分量、各 交流的估計(jì)頻率以及電壓與電流的正弦分量和余弦分量；
[0007] 3)根據(jù)獲取的電壓和電流的直流分量、各交流的估計(jì)頻率以及電壓與電流的正弦 分量和余弦分量計(jì)算用電特性，包括直流功率、交流成分的有功功率、無功功率、視在功率 和功率因數(shù)。
[0008] 所述步驟2)中電壓和電流的直流分量、各交流的估計(jì)頻率以及電壓與電流的正弦 分量和余弦分量的計(jì)算過程如下：
[0009] A.設(shè)定電壓直流分量預(yù)估初值迎、電流直流分量預(yù)估初值?〇、電壓正弦分量預(yù)估初 值@η、電壓余弦分量預(yù)估初值￡^ η、估計(jì)頻率預(yù)估初值fn、電流正弦分量預(yù)估初值^^、電流 余弦分量預(yù)估初值;
[0010] Β.計(jì)算電壓直流分量預(yù)估值4、電流直流分量預(yù)估值私、電壓正弦分量預(yù)估值 、電壓余弦分量預(yù)估值、估計(jì)頻率預(yù)估值f、電流正弦分量預(yù)估值 < 和電流余弦分 量預(yù)估值《了，
[0011]
[0012]
[0013] 其中T為采樣周期，N為指定交流成分的個(gè)數(shù)，v為帶寬，r為頻率估計(jì)增益，0〈r〈 106，d為歸一化參數(shù)，UQ為電壓直流分量，SUN為電壓正弦分量，CUN為電壓余弦分量、fN為估計(jì) 頻率值，i Q為電流直流分量，SiN為電流正弦分量，CiN為電流余弦分量；
[0014] C.根據(jù)步驟B的計(jì)算結(jié)果計(jì)算電壓直流分量校正值4、電流直流分量校正值$、電 壓正弦分量校正值?)，、電壓余弦分量校正值、估計(jì)頻率校正值./J、電流正弦分量校正 值吒和電流余弦分量校正值<，
[0017] D.令步驟C中的得到校正值為所述步驟3)中相應(yīng)的電壓和電流的直流分量、各交 流的估計(jì)頻率以及電壓與電流的正弦分量和余弦分量的值，即
[0015]
[0016]
[0018]
[0019]
[0020] E.根據(jù)新得到預(yù)估初值，更新電壓直流分量預(yù)估初值@、電流直流分量預(yù)估初值 丄0、電壓正弦分量預(yù)估初值、電壓余弦分量預(yù)估初值、估計(jì)頻率預(yù)估初值fn、電流正弦 分量預(yù)估初值和電流余弦分量增量，
[0021]
[0022]
[0023] 所述步驟3)中直流功率、交流成分的有功功率、無功功率、視在功率和功率因數(shù)的 計(jì)算公式如下：
[0024] P〇 = u〇 · io
[0025]
[0026] 其中Po為直流功率，Pn為交流成分的有功功率，Qn為無功功率，Sn為視在功率，|"為 功率因數(shù)。
[0027] 所述的計(jì)量方法既可采用離線方式實(shí)現(xiàn)，也可采用在線方式實(shí)現(xiàn)。
[0028] 所述離線方式適用于保存在存儲(chǔ)器件中的按要求定時(shí)采樣得到的電壓和電流信 號(hào)的離散時(shí)間序列，其采樣和計(jì)算分開進(jìn)行，先以設(shè)定的周期定時(shí)采樣被測(cè)信號(hào)，并將所得 采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，形成離散時(shí)間序列，然后再對(duì)離散時(shí)間序列進(jìn)行計(jì)算。
[0029] 所述在線方式適用于對(duì)被測(cè)信號(hào)的每組采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算處理。
[0030] 對(duì)于在線方式，交流成份個(gè)數(shù)N和采樣周期T還應(yīng)該滿足(N+l) At<T，其中At表 示執(zhí)行一遍定時(shí)中斷步驟所需要的最大時(shí)間。
[0031] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明首先按要求定時(shí)對(duì)用電設(shè)備電壓和電流進(jìn)行同時(shí)采 樣和量化，以得到同一個(gè)時(shí)刻的電壓采樣數(shù)據(jù)和電流采樣數(shù)據(jù);然后指定交流成分個(gè)數(shù)為 N，通過預(yù)估一校正算法獲得電壓和電流的直流分量，以及各交流的估計(jì)頻率以及電壓與電 流的正弦分量和余弦分量，最后依據(jù)公式計(jì)算反映其用電特性的量，包括:直流功率以及交 流成分的有功功率、無功功率、視在功率和功率因數(shù)。本發(fā)明以預(yù)估-校正算法直接得到電 壓和電流的直流分量，以及各交流的估計(jì)頻率及對(duì)應(yīng)的電壓正弦分量、電壓余弦分量、電流 正弦分量和電流余弦分量，并獲得該頻點(diǎn)的有功功率、無功功率、視在功率和功率因數(shù)，不 需要計(jì)算正弦函數(shù)和余弦函數(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)算量小，且不要求指定頻率間保持特定的數(shù)值 關(guān)系，便于分析電壓與電流的諧波和間諧波成分。本發(fā)明易于在計(jì)算機(jī)上編程實(shí)現(xiàn)，并且具 有二階精度和二階收斂速度。
【附圖說明】
[0032] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例一基于指定交流成分的用電特性計(jì)量方法的流程示意圖；
[0033] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例二基于指定交流成分的用電特性計(jì)量方法的流程示意圖；
[0034] 圖3為仿真試驗(yàn)中直流功率變化曲線圖；
[0035] 圖4-a為仿真試驗(yàn)中交流成分的有功功率1的變化曲線圖；
[0036] 圖4-b為仿真試驗(yàn)中交流成分的無功功率1的變化曲線圖；
[0037] 圖5-a為仿真試驗(yàn)中交流成分的有功功率2的變化曲線圖；
[0038] 圖5-b為仿真試驗(yàn)中交流成分的無功功率2的變化曲線圖；
[0039] 圖6-a為仿真試驗(yàn)中交流成分的有功功率3的變化曲線圖；
[0040] 圖6-b為仿真試驗(yàn)中交流成分的無功功率3的變化曲線圖；
[0041] 圖7為本發(fā)明基于指定交流成分的用電特性計(jì)量方法的功率跟蹤總誤差變化曲線 圖；
[0042] 圖8為本發(fā)明基于指定交流成分的用電特性計(jì)量方法的功率因數(shù)跟蹤總誤差變化 曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的說明。
[0044] 本發(fā)明的基于指定交流成分的用電特性計(jì)量方法，按要求定時(shí)對(duì)用電設(shè)備電壓和 電流進(jìn)行同時(shí)采樣和量化，得到同一個(gè)時(shí)刻的電壓采樣數(shù)據(jù)和電流采樣數(shù)據(jù);指定交流成 分個(gè)數(shù)為N，通過預(yù)估一校正算法獲得電壓和電流的直流分量，以及各交流的估計(jì)頻率以及 電壓與電流的正弦分量和余弦分量，然后依據(jù)公式計(jì)算反映其用電特性的量，包括:直流功 率以及交流成分的有功功率、無功功率、視在功率和功率因數(shù)等，該方法包括離線計(jì)量與在 線計(jì)量?jī)煞N實(shí)施方式。
[0045] 實(shí)施例一：
[0046] 本實(shí)施例采用離線方式，該方式下用電特性計(jì)量方法流程如圖1所示，其適用于分 析保存在存儲(chǔ)器件中的按要求定時(shí)采樣得到的電壓和電流等被測(cè)信號(hào)的離散時(shí)間序列。離 線實(shí)施方式的特點(diǎn)是采樣與計(jì)算分開進(jìn)行，首先以T秒為采樣周期，定時(shí)采樣被測(cè)信號(hào)，把 所得采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器件中，形成有K個(gè)數(shù)據(jù)的離散時(shí)間序列，然后再對(duì)離散時(shí)間序列 進(jìn)行分析計(jì)算。
[0047] 如圖1所示，該計(jì)量方法包括初始化步驟和數(shù)據(jù)處理步驟，其中數(shù)據(jù)處理步驟包括 數(shù)據(jù)預(yù)估-校正步驟、計(jì)算電功率和循環(huán)控制步驟部分。
[0048] 在初始化步驟(下述步驟1~2)中，首先設(shè)定離散時(shí)間序列中數(shù)據(jù)的組數(shù)K，設(shè)定當(dāng) 前處理的數(shù)據(jù)在離散時(shí)間序列中的位置號(hào)和當(dāng)前計(jì)算結(jié)果保存在輸出序列中的位置號(hào)m為 1;接著設(shè)定參數(shù)T、N、ai、ci2、…、a2N-i、〇2N、v、r、d的值;設(shè)定電壓直流分量uo、電壓正弦分量 SUl、SU2、…、SUN、電壓余弦分量CUl、CU2、…、CUN、估計(jì)頻率f l、f2、…、fN、電流直流分量io、電 流正弦分量s i I、si2、…、siN、電流余弦分量c i 1、c i 2、…、c iN的初值;設(shè)定電壓直流分量預(yù)估 初值y、電流直流分量預(yù)估初值?〇，令下標(biāo)n分別取值為1，2，…，N，設(shè)定電壓正弦分量預(yù)估初 值@ η、電壓余弦分量預(yù)估初值￡^η、估計(jì)頻率預(yù)估初值fn、電流正弦分量預(yù)估初值^^、電流 余弦分量預(yù)估初值;然后進(jìn)入數(shù)據(jù)處理步驟。
[0049] 在數(shù)