[发明专利]基于欧拉方法的四象限谐波电能计量装置及方法

说明书

本发明属于电网能量分析技术领域，特别涉及一种基于欧拉方法的四象限谐波电能计量装置及方法。本电能计量装置包括电压与电流检测单元、同步采样量化单元、基于欧拉方法的数字信号处理单元、操作显示单元、通信与网络单元，电能计量方法先对电压信号和电流信号以T为采样周期进行定时采样和量化，通过欧拉迭代方法直接获得电压直流分量x₀、电流直流分量y₀、电压交流分量x₁、x₂、...、x_N、电压正交分量z₁、z₂、...、z_N、和电流交流分量y₁、y₂、...、y_N、电流正交分量s₁、s₂、...、s_N，计算直流正负有功电能w₀、谐波的正负有功电能w₁、w₂、...、w_N、及其正负无功电能v₁、v₂、...、v_N。本发明能够应用在嵌入式系统中，运算量小，具有精度高、收敛速度快的特点。

技术领域

本发明属于电网能量分析技术领域，特别涉及一种基于欧拉方法的四象限谐波电能计量装置及方法。

背景技术

随着现代技术在电力生产中的广泛应用，用于电能计量的电能表已经由单一功能的有功、无功电能表，发展成为集多项功能于一体的四象限电能计量表。

在电网能量分析领域中，通常都是通过一个模数转换模块，将电网的信号采集并转换成离散序列，将离散序列送入嵌入式处理器如单片机、DSP进行运算分析。在项目中，为了需要经常把电流、电压等信号分解为直流分量和交流分量，为了更准确的估计电网信号中直流电能的数值和基波谐波的四象限电能，现有技术中通常采取以下几种分析和运算方法，这些方法虽然能够得到分解结果，但是也具有一定的缺陷。

1、基于傅里叶变换的离散分析方法，例如离散傅里叶变换(DFT)和快速傅里叶变换(FFT)，通过傅里叶变换可以有效的对采集到的电网离散信号进行频域的分析，但是其算法有明显的缺点，此算法需要对采集信号选取一个基波周期的时间窗，由于实际信号中谐波成分具有时变性，导致基于傅里叶变换的算法容易产生混叠和频谱的泄露，且因非同步采样产生的栏栅效应会增大跟踪误差。

2、基于小波变换的分析方法，小波变换在分析时变信号和非平稳信号时备受推崇，对谐波功率估算的准确度高，并且能够有效地改善频谱泄露，但是其运算量较大，在实际的嵌入式系统中采用这种算法，对处理器的要求过高，数据运算处理的时间过长，实时性较差。

3、基于自适应陷波滤波器(ANF)的算法，该方法是在陷波滤波器的基础上加入自适应机制以调整滤波器参数，从而准确跟随输入信号参数的变化，近些年，国外许多学者将自适应陷波滤波器算法用于电网信号的分析，其算法稳定，也没有傅里叶算法中频谱泄露的问题，以及对时间窗的要求，运算量比小波变换算法小，可实现性强。但是基于自适应陷波滤波器(ANF)的分析方法是用于连续系统上的，无法应用到实际工程中的电网离散信号中。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了基于欧拉方法的四象限谐波电能计量装置，本装置能够实现四象限电能的计量，并且能够直接应用于采集分析电网信号的嵌入式系统中，具有较高的收敛度和精度。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术措施：

基于欧拉方法的四象限谐波电能计量方法包括以下步骤：