[发明专利]用于测量无功功率的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年10月3日提交的序列号为61/102,523、发明名称为“SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING REACTIVEPOWER”的先前提交美国临时专利申请的优先权益。该临时申请在此通过引用而全文并入。

背景信息

本发明一般涉及测量无功功率。

一些电气设备，诸如计算机和空调，可能给电力线增加非线性负载。因此，能量分配器除了有功功率之外需要测量无功功率，以计量所传输的总能量。有功功率和无功功率分别定义如下：

有功功率＝U＊I＊Cos(θ)        (1)

无功功率＝U＊I＊Sin(θ)        (2)

其中U和I分别是电压和电流RMS(均方根)值，θ是电压和电流之间的相位差。

等式(1)和(2)表明有功功率和无功功率具有90度的相位偏移，因此测量无功功率的一个方法是给有功功率增加90度相移。图1例示了用于测量有功功率的现有技术系统。电压和电流在混频器101处被相乘，并且所得结果被低通滤波器(LPF)102滤波。图2例示了用于测量无功功率的现有技术系统，其中90度相移被增加到电流路径。相移的电流可以在乘法器201处被与电压相乘，并且所得结果被LPF202滤波。替代地，90度相移可以被增加到电压路径。

现有技术系统使用延时、低通滤波器或希尔伯特变换滤波器来实现功率计中的90度相移。延时方法可以增加T/4延迟以使波形移位90度，其中T是波形的周期。尽管延时方法简单，但是显著错误可能被引入到结果中。低通滤波器可以在频率上增加恒定的90度相移，但是它们对于谐波而言不够好。希尔伯特变换滤波器可以在任何频率(包括基波和谐波)上引入90度相位，但是它需要专用处理来获得每个频率处的恒定的90度相移，并且保持每个频率处的平增益响应是不容易的。

因此，期望提供一种以简单且精确的方式测量无功功率的系统和方法。

附图说明

为了可以理解本发明的特征，以下描述多个附图。但是，应该注意，附图仅例示了本发明的具体实施例，因而不被认为限制其范围，因为本发明可以包括其它同等有效的实施例。

图1例示用于测量有功功率的现有技术系统。

图2例示用于测量无功功率的现有技术系统。

图3例示根据本发明一个实施例的用于测量无功功率的系统。

图4-8例示在图3所示的系统中的各点处的信号的示例性频谱。

图9例示用于降低图3的系统中的采样率的架构。

图10例示可以在图3的系统中使用的数字控制振荡器(NCO)的框图。

图11A例示根据本发明一个实施例的图3中的调制混频器302和NCO 301的简化组合。

图11B例示根据本发明一个实施例的图3中的解调混频器304和NCO 301的简化组合。

图12例示根据本发明一个实施例的用于测量无功功率的系统。

图13例示根据本发明一个实施例的图12中的NCO 1201、混频器1202和混频器1203的简化组合。

图14例示根据本发明一个实施例的用于测量无功功率的系统。

具体实施方式

本发明可以使用一对正交载波，它们具有相同频率但是在相位上彼此偏移90度，以执行90度相移。

图3示出根据本发明一个实施例的用于测量无功功率的系统。单边带(SSB)通信系统可以被用于利用一对正交载波中的一个将基带信号(例如，图2中的电压或电流)调制到高频带，然后使用该对正交载波中的另一个将该高频带信号解调返回基带。作为结果，在每个频率处可以引入精确的90度相移。

在一个实施例中，振荡器(例如，数字控制振荡器(NCO)301)可以被用于生成具有相同频率但90度相位偏移的该对正交载波。该对正交载波中的一个可以被用于调制，另一个可以被用于解调。

具体地，图3中点1处的输入信号可以是图2中的电压或电流，并且可以处于基带处，具有图4所示的频谱。

在混频器302处，调制处理可以开始。基带输入信号可以与发送载波(例如，来自NCO 301的COS波)相乘，并且被调制到高频带。图5示出混频器302的输出(或图2中的点2)处的信号的示例性频谱。

高通滤波器(HPF)303可以去除图5中的较低边带。在HPF 303的输出(或图3中的点3)处的剩余边带可以是具有图6所示的频谱的较上边带。调制处理可以在点3处完成。