基于正序分量計量的三相電量測量方法技術

本發明專利技術公開了一種基于正序分量計量的三相電量測量方法，首先，采用互感器對三相線路電壓信號和電流信號進行采集，對采集到的電壓信號和電流信號進行處理形成電壓和電流的低壓模擬信號；第二，將低壓模擬信號經過抗混疊濾波形成信號；第三，將第二步得到的信號轉換成為數字信號；第四，運用離散傅立葉變換計算方法得到頻域分量，再運用序分量分解方法得到基波電壓電流的正序、負序、零序分量；第五，將基波電壓電流的序分量分解后的數字信號進行綜合計算形成如下參數：基波正序有功功率、基波正序無功功率及相對應的基波正序有功電量和基波正序無功電量，最后用基波正序有功電量和基波正序無功電量計量線路的電量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種三相電量測量方法，尤其涉及一種。
技術介紹
隨著科學技術的發展，各種電力電子非線性和不對稱負荷的投入使用，如鋼鐵企業現場的非線性負荷有大型變頻調速電機、重型整流子電機、以及容量較大的電感和電容的充放電過程，等等。由于這些負荷的非線性、不對稱性和波動性的特點，導致電力系統產生了大量的諧波，造成電網電壓波形的嚴重畸變，同時向電網注入了大量負序電流。它們不僅對供電系統造成污染，對電力設備構成危害，而且對電能的計量造成影響，使電能表等計量裝置誤差增大，不能準確、合理地計量電能。例如，在電氣化鐵路的供電線路中，常用的電度表在電氣化鐵路側少計了電量，在其他普通用戶側多計了電量。諧波和負序問題不僅影響電力系統的安全、穩定、經濟運行，而且還會影響電功率及電量的測量精度。 傳統的電能計量表分為感應式電能表和電子式電能表。感應式電能表只適用于在工頻附近很窄的頻率變化范圍內，要求電壓、電流為正弦波條件下才能保證最佳的工作性能。 傳統的電子式電能表一般由電測量機構和數據處理機構兩部分組成。根據電測量機構的不同，電子式電能表又可分為機電脈沖式和電子式兩大類。其中機電脈沖式電子電能表出現較早，仍沿用了感應式電能表的測量機構，數據處理機構則由電子電路和計算機控制實現，因而它只是一種電子線路與機電轉換單元相結合的半電子式電能表。由于感應式測量機構的制約，機電脈沖式電子電能表難以降低功耗、提高測量精度。電子式電能表由于沒有使用感應式測量機構，而采用乘法器對電壓和電流進行相乘完成對電功率的測量，提高了測量精度、降低了功耗，還增強了過載能力，但傳統的電子式電能表沒有考慮在諧波和負序情況下的合理計量問題，造成在諧波和負序情況下，供電公司和用戶計量結果有時偏大或偏小，所測得的結果不能體現出計量的合理性。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種，該測量方法通過采集三相線路的電壓和電流信號，以及設定在一個采樣周期內的電壓電流信號數據點數，和設定功率及電量分析間隔時間，對采集信號運用快速離散傅立葉分析法和序分量分析法，得出基波序分量分析參數，從而合理計量供用電雙方電能。 本專利技術是這樣實現的一種， 首先，采用互感器對三相線路電壓信號和電流信號進行采集，對三相線路電壓信號(Ua、Ub、Uc)進行處理形成電壓的低壓模擬信號(Ua1、Ub1、Uc1)，對三相線路電流(Ia、Ib、Ic)進行處理形成電流的低壓模擬信號( )； 第二，將處理后的電壓和電流的低壓模擬信號經過抗混疊濾波形成信號(Ua2、Ub2、Uc2、 )； 第三，再將第二步得到的信號轉換成為數字信號(Ua(n)、Ub(n)、Uc(n)、 )； 第四，運用離散傅立葉變換計算方法得到頻域分量，再運用序分量分解方法得到基波電壓電流的正序、負序、零序分量； 第五，將基波電壓電流的序分量分解后的數字信號進行綜合計算形成如下參數基波正序有功功率、基波正序無功功率及相對應的基波正序有功電量和基波正序無功電量，最后用基波正序有功電量和基波正序無功電量計量線路的電量。 所述在第三步將模擬信號轉換為數字信號中，在一個采樣周期內檢測采集電壓電流信號數據點數從每周波64點至每周波256點，功率及電量分析間隔時間從0.02s至10s。 所述基波正序有功功率由下式得到P+＝3×U+×I+cos(y+-θ+)， 所述基波正序無功功率由下式得到Q+＝3×U+×I+sin(y+-θ+)， 式中P+基波正序有功功率；Q+基波正序無功功率； U+基波電壓正序分量；I+基波電流正序分量； y+基波電壓正序分量相位角； θ+基波電流正序分量相位角。 所述基波正序有功電量由下式得到kWh＝∑P+×Δt， 所述基波正序無功電量由下式得到kvarh＝∑Q+×Δt， 式中kWh基波正序有功電量； kvarh基波正序無功電量； Δt功率及電量分析間隔時間。 所述基波正序功率因數由下式得到 式中cosα+基波正序功率因數； P+基波正序有功功率； Q+基波正序無功功率； S+基波視在功率； α+基波正序功率因數角。 本專利技術是對現有電子式電能表測量方法的改進，本專利技術通過采集三相線路的電壓和電流信號，以及設定在一個采樣周期內的電壓電流信號數據點數，和設定功率及電量分析間隔時間，通過數字采樣轉換成為數字信號，對采樣信號運用快速離散傅立葉分析法和序分量分析法，得出基波序分量分析參數，并用基波正序有功電量和基波正序無功電量計量三相線路的電量，從而能夠在諧波和負序存在的電力系統中，合理計量供用電雙方電能，體現出供用電雙方電能計量的合理性。 本專利技術與現有技術相比有如下的積極效果 (1)本專利技術運用離散傅立葉和序分量分解方法，計算三相系統的正序有功功率和正序無功功率及對應的電量，能夠合理地對諧波和負序下的電功率及電量進行測量，從而保證電功率及電量測量的準確性。 (2)本專利技術采用調理電路和高速A/D轉換電路，保證了電功率及電量測量的高精度。 (3)本專利技術三相電量測量方法具有精度高、可靠性好，適用于同時對有電力負荷畸變率高和三相不對稱條件下的三相工業和民用功率及電量的測量方法。 附圖說明 圖1為本專利技術測量原理圖； 圖2為本專利技術基于正序分量計量的三相電量測量裝置示意圖； 圖3為電壓信號處理電路圖； 圖4為電流信號處理電路圖； 圖5為抗混疊濾波電路圖； 圖6為本專利技術流程圖。 圖中1電阻分壓器，2電壓跟隨器，3光電耦合線性隔離放大器，4霍爾傳感器，5調零電路，6運算放大電路，7調零電路，8調增益電路，9濾波電路。 具體實施例方式 下面結合附圖和具體實施例對本專利技術作進一步說明。 參見圖1、圖6，一種，首先，采用互感器對三相線路電壓信號和電流信號進行采集，對三相線路電壓信號(Ua、Ub、Uc)進行處理形成電壓的低壓模擬信號(Ua1、Ub1、Uc1)，對三相線路電流(Ia、Ib、Ic)進行處理形成電流的低壓模擬信號( )； 第二，將處理后的電壓和電流低壓模擬信號經過抗混疊濾波形成信號(Ua2、Ub2、Uc2、 )； 第三，再將第二步得到的信號轉換成為數字信號(Ua(n)、Ub(n)、Uc(n)、 )； 第四，運用離散傅立葉變換計算方法(簡稱DFT)得到頻域分量，再運用序分量分解方法得到基波電壓電流的正序、負序、零序分量； 第五，將基波電壓電流的序分量分解后的數字信號進行綜合計算形成如下參數基波正序有功功率、基波正序無功功率及相對應的基波正序有功電量和基波正序無功電量，最后用基波正序有功電量和基波正序無功電量計量線路的電量。 所述在第三步將模擬信號轉換為數字信號中，在一個采樣周期內檢測采集電壓電流信號數據點數從每周波64點至每周波256點；功率及電量分析間隔時間可選為從0.02s至10s。 其中第四步和第五步的電功率和電量的計算方法如下(在處理器內實現) (1)數字電壓和電流信號的128點傅立葉展開式如下 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于正序分量計量的三相電量測量方法，其特征是：首先，采用互感器對三相線路電壓信號和電流信號進行采集，對三相線路電壓信號（Ｕ↓［ａ］、Ｕ↓［ｂ］、Ｕ↓［ｃ］）進行處理形成電壓的低壓模擬信號（Ｕ↓［ａ１］、Ｕ↓［ｂ１］、Ｕ↓［ｃ１］），對三相線路電流（Ｉ↓［ａ］、Ｉ↓［ｂ］、Ｉ↓［ｃ］）進行處理形成電流的低壓模擬信號（Ｕ↓［Ｉ↓［ａ１］］、Ｕ↓［Ｉ↓［ｂ１］］、Ｕ↓［Ｉ↓［ｃ１］］）；第二，將處理后的電壓和電流的低壓模擬信號經過抗混疊濾波形成信號（Ｕ↓［ａ２］、Ｕ↓［ｂ２］、Ｕ↓［ｃ２］、Ｕ↓［１↓［ａ２］］、Ｕ↓［Ｉ↓［ｂ２］］、Ｕ↓［Ｉ↓［ｃ２］］）；第三，再將第二步得到的信號轉換成為數字信號（Ｕ↓［ａ］（ｎ）、Ｕ↓［ｂ］（ｎ）、Ｕ↓［ｃ］（ｎ）、Ｕ↓［Ｉ↓［ａ］］（ｎ）、Ｕ↓［Ｉ↓［ｂ］］（ｎ），Ｕ↓［Ｉ↓［ｃ］］（ｎ））；第四，運用離散傅立葉變換計算方法得到頻域分量，再運用序分量分解方法得到基波電壓電流的正序、負序、零序分量；第五，將基波電壓電流的序分量分解后的數字信號進行綜合計算形成如下參數：基波正序有功功率、基波正序無功功率及相對應的基波正序有功電量和基波正序無功電量，最后用基波正序有功電量和基波正序無功電量計量線路的電量。...

【技術特征摘要】
1.一種基于正序分量計量的三相電量測量方法，其特征是首先，采用互感器對三相線路電壓信號和電流信號進行采集，對三相線路電壓信號(Ua、Ub、Uc)進行處理形成電壓的低壓模擬信號(Ua1、Ub1、Uc1)，對三相線路電流(Ia、Ib、Ic)進行處理形成電流的低壓模擬信號()；第二，將處理后的電壓和電流的低壓模擬信號經過抗混疊濾波形成信號(Ua2、Ub2、Uc2、)；第三，再將第二步得到的信號轉換成為數字信號(Ua(n)、Ub(n)、Uc(n)、)；第四，運用離散傅立葉變換計算方法得到頻域分量，再運用序分量分解方法得到基波電壓電流的正序、負序、零序分量；第五，將基波電壓電流的序分量分解后的數字信號進行綜合計算形成如下參數基波正序有功功率、基波正序無功功率及相對應的基波正序有功電量和基波正序無功電量，最后用基波正序有功電量和基波正序無功電量計量線路的電量。2.根據權利要求1所述的基于正序分量計量的三相電量測量方法，其特征是所述在第三步將模擬信號轉換為數字信號中，在一個采樣周期內檢測采集電壓電流信號數據點數從每周...

【專利技術屬性】
技術研發人員：查志民，朱明星，段曉波，李令冬，孫佩麗，
申請(專利權)人：上海寶鋼安大電能質量有限公司，河北省電力研究院，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]