[發明專利]基于歐拉方法的四象限諧波電能計量裝置及方法

有效

• 申請號: 201710148671.6
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN106990286B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 儲昭碧;王有康;陳波;郭方舸;張斌斌
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01R22/10
• 分類號: G01R22/10;G01R23/16
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發明屬于電網能量分析技術領域，特別涉及一種基于歐拉方法的四象限諧波電能計量裝置及方法。本電能計量裝置包括電壓與電流檢測單元、同步采樣量化單元、基于歐拉方法的數字信號處理單元、操作顯示單元、通信與網絡單元，電能計量方法先對電壓信號和電流信號以T為采樣周期進行定時采樣和量化，通過歐拉迭代方法直接獲得電壓直流分量x₀、電流直流分量y₀、電壓交流分量x₁、x₂、...、x_N、電壓正交分量z₁、z₂、...、z_N、和電流交流分量y₁、y₂、...、y_N、電流正交分量s₁、s₂、...、s_N，計算直流正負有功電能w₀、諧波的正負有功電能w₁、w₂、...、w_N、及其正負無功電能v₁、v₂、...、v_N。本發明能夠應用在嵌入式系統中，運算量小，具有精度高、收斂速度快的特點。

技術領域

本發明屬于電網能量分析技術領域，特別涉及一種基于歐拉方法的四象限諧波電能計量裝置及方法。

背景技術

隨著現代技術在電力生產中的廣泛應用，用于電能計量的電能表已經由單一功能的有功、無功電能表，發展成為集多項功能于一體的四象限電能計量表。

在電網能量分析領域中，通常都是通過一個模數轉換模塊，將電網的信號采集并轉換成離散序列，將離散序列送入嵌入式處理器如單片機、DSP進行運算分析。在項目中，為了需要經常把電流、電壓等信號分解為直流分量和交流分量，為了更準確的估計電網信號中直流電能的數值和基波諧波的四象限電能，現有技術中通常采取以下幾種分析和運算方法，這些方法雖然能夠得到分解結果，但是也具有一定的缺陷。

1、基于傅里葉變換的離散分析方法，例如離散傅里葉變換(DFT)和快速傅里葉變換(FFT)，通過傅里葉變換可以有效的對采集到的電網離散信號進行頻域的分析，但是其算法有明顯的缺點，此算法需要對采集信號選取一個基波周期的時間窗，由于實際信號中諧波成分具有時變性，導致基于傅里葉變換的算法容易產生混疊和頻譜的泄露，且因非同步采樣產生的欄柵效應會增大跟蹤誤差。

2、基于小波變換的分析方法，小波變換在分析時變信號和非平穩信號時備受推崇，對諧波功率估算的準確度高，并且能夠有效地改善頻譜泄露，但是其運算量較大，在實際的嵌入式系統中采用這種算法，對處理器的要求過高，數據運算處理的時間過長，實時性較差。

3、基于自適應陷波濾波器(ANF)的算法，該方法是在陷波濾波器的基礎上加入自適應機制以調整濾波器參數，從而準確跟隨輸入信號參數的變化，近些年，國外許多學者將自適應陷波濾波器算法用于電網信號的分析，其算法穩定，也沒有傅里葉算法中頻譜泄露的問題，以及對時間窗的要求，運算量比小波變換算法小，可實現性強。但是基于自適應陷波濾波器(ANF)的分析方法是用于連續系統上的，無法應用到實際工程中的電網離散信號中。

發明內容

本發明為了克服上述現有技術的不足，提供了基于歐拉方法的四象限諧波電能計量裝置，本裝置能夠實現四象限電能的計量，并且能夠直接應用于采集分析電網信號的嵌入式系統中，具有較高的收斂度和精度。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術措施：

基于歐拉方法的四象限諧波電能計量方法包括以下步驟：