[發明專利]一種波動負荷下的電能精確計量方法及計量裝置

有效

• 申請號: 201510356053.1
• 申請日: 2015-06-25
• 公開（公告）號: CN104914304B
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 吳章憲;劉笑菲
• 申請（專利權）人: 煙臺東方威思頓電氣有限公司
• 主分類號: G01R22/10
• 分類號: G01R22/10
• 代理公司: 煙臺雙聯專利事務所(普通合伙)37225
• 代理人: 梁翠榮

技術領域

本發明涉及一種波動負荷下的電能精確計量方法，本發明還涉及實現所述電能精確計量方法的一種計量裝置。主要應用于電能表平臺，在帶有動態、沖擊負荷的電力現場實現電量精確計量。

背景技術

隨著工業的發展，大量的大功率電力電子設備在鋼鐵廠、礦場、港口、電氣化鐵路、風電場等現場投運，使得多數工業現場電力負荷呈現快速變化和具有沖擊性的特點，現場負載電流幅值隨時間快速波動。而實驗室電流有效值恒定條件下檢定的電能表，在這種波動負荷下的計量精度將會受到影響，最主要的原因是缺乏針對這種動態負荷設計的電能計量方法和專用裝置。

目前已公布的電能計量方法主要包括：

1、時分割乘法器方法。這是目前電能表普遍采用的計量方法。時分割乘法器按照固定時間間隔對電壓與電流進行乘法運算，得到瞬時功率，并通過單片機的頻率計數得到平均功率以及累計的電能。為達到較好的功率穩定性，一般選取較長的功率積分時間窗口（如1~2s）。這種積分窗口在實驗室穩態負荷下能達到很好的誤差穩定性，但在負荷快速波動的現場，電流幅值變化的臨界點往往伴隨著相位的變化，過長的積分窗口會將相位變化期間引入的誤差納入到平均功率中。最典型的例子就是當電氣化鐵路牽引列車進站時，由于機車制動的影響，會在短時間內引入反向電流，從電流波形上來看，就是在瞬間電流相位發生了180度改變，如果用過長的積分窗口，積分窗口內的正反向瞬時有功功率會相互抵消，導致該段時間內的平均功率變小，造成電量少計。

2、采用高階牛頓-柯特斯數值積分替代點積方式來計算瞬時功率，以及進行瞬時功率的積分（申請號：201010273234.5，公開號：101915872A，公開日：2010-12-15，申請國：中國）。這種方法采用階數更高的積分方式，從而在電流畸變、波動以及不平衡等非線性負荷下，比點積運算取得更高的精度。但是這種方法由于積分階數高，完成一次瞬時功率計算的時間要遠高于點積運算，受限于電能表平臺的計算能力，在快速波動的負荷下會容易出現計量滯后。

3、通過綜合相位誤差校準的方法來提高計量芯片在非線性負載下的計量精度（申請號：201510068151，公開號：104569906A，公開日：2015-4-29，申請國：中國）。這種方法并沒有改變時分割乘法器的原理，而是根據電壓與電流回路相位誤差區間，來綜合校準計量結果中的相位誤差，從而提高非線性負荷下的計量精度。但該方法并沒有根本性地解決快速波動負荷下的積分時間窗問題，只要電能表仍然采用過長的功率積分時間窗，就依然會存在波動電流相位變化造成的電能少計問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種波動負荷下的電能精確計量方法及計量裝置，在負載電流幅值隨時間快速波動的情況下，仍然能夠保證精度的電能計量。

為了解決上述技術問題，本發明采用了以下技術方案。

一種波動負荷下的電能精確計量方法，其特征在于按照以下步驟進行：

1）、電壓和電流模擬量經AD模數轉換芯片進行模數轉換，轉換后的電流信號接入移相濾波器進行角差補償，移相濾波器輸出的數字電流信號以及AD模數轉換芯片輸出的電壓數字信號一起接入瞬時功率計算器；

2）、瞬時功率計算器采用點積乘法器來進行運算，k時刻的瞬時功率p（k）與電壓u（k）、電流i（k）關系如下式：

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3）、瞬時功率p（k）接入單周期時間窗積分器；單周期時間窗積分器經積分后輸出單周期平均功率P_s：

瞬時功率p（k）輸入后，累加器對p（k）進行累加，若累加的個數大于等于一個時間窗口T，則將累加器中的數值除以時間窗口T，如下式所示，積分器輸出更新后的平均功率P_s，并清空累加器；若累加的個數仍然小于一個時間窗口T，積分器保持輸出上一個時間窗口T的平均功率；

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4）、單周期平均功率P_s分別接入到脈沖發送器和電能累計器，進行電能脈沖輸出與正反向有、無功電能的累加；

所述的脈沖發送器在接收到單周期平均功率后，將該單周期平均功率值乘以一個工頻周期的時間，相乘后的值若大于等于0，則累加入正向電能寄存器，相乘后的值若小于0，則累加入反向電能寄存器，當正向電能寄存器與反向電能寄存器其中任意一個大于一個脈沖常數C的電量閥值E時，脈沖發送器輸出一個脈沖，并且清零該寄存器；其中，脈沖常數C指一個千瓦時電量需要發送C個脈沖，則電量閥值E按下式進行計算：

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