[发明专利]一种谐波条件下的电网功率的计量系统和计量方法

权利要求书

1.一种谐波条件下电网功率的计量系统，其特征在于，包括用于将输入信号变为各次谐波频率为单一频率正弦信号的谐波解耦网络，用于检测正弦信号的基波及各次谐波的相互正交信号且输出基波及各次谐波的第一正交信号v′、第二正交信号qv′以及调整频率ω'的并联式二阶广义积分器-锁频环结构，用于对所述第一正交信号和所述第二正交信号进行计算处理的计算处理单元和用于存储计算数据的数据存储单元，所述输入信号包括电压输入信号和电流输入信号，所述电压输入信号和所述电流输入信号为电网的采集信号。

2.根据权利要求1所述的谐波条件下电网功率的计量系统，其特征在于，所述谐波解耦网络由多路串行求差节点构成,每一路由若干个求差节点构成；

所述并联式二阶广义积分器-锁频环结构为若干个互相并联的二阶广义积分器-锁频环，所述调整频率输入到二阶广义积分器-锁频环的输入端，所述二阶广义积分器-锁频环包括若干个二阶广义积分器、锁频环和反馈环节；

所述二阶广义积分器包括依次串联的第一求差节点，放大器，第二求差节点，第一乘法器，第一积分环节、第二积分环节以及第二乘法器；

所述锁频环包括闭环连接的第三乘法器、积分控制器和第三积分环节，所述第一求差节点的输出端与所述第三乘法器连接，所述第三积分环节的输出端与所述第二乘法器连接；

所述反馈环节包括用于将第一积分环节的输出信号反馈给所述第一求差节点的第一反馈环，用于将所述第二乘法器的输出信号反馈给所述第二求差节点的第二反馈环。

3.根据权利要求2所述的谐波条件下电网功率的计量系统，其特征在于，所述谐波解耦网络将所述输入信号变为各次谐波频率为单一频率的正弦信号，所述谐波解耦网络的第一路串行的所述求差节点依次将所述输入信号和所述并联式二阶广义积分器-锁频环结构输出的各次谐波的所述第一正交信号v₂′,v₃′,…,v_n′作差，第二路串行的所述求差节点依次将所述输入信号和所述第一正交信号v₁′,v₃′,…,v_n′作差，同理依次通过其它各路串行通路，使所述输入信号同时通过多路求差节点，使所述输入信号变为各次谐波频率为单一频率的正弦信号；

所述并联式二阶广义积分器-锁频环结构将所述正弦信号变为与所述正弦信号中基波及各次谐波幅值和相位相同的所述第一正交信号，与所述正弦信号中基波及各次谐波幅值相同，相位相差90度的第二正交信号，使所述二阶广义积分器-锁频环结构的调整频率与所述正弦信号的基波频率误差信号为零量；

所述计算单元通过所述第一正交信号和所述第二正交信号计算所述正弦信号中基波及各次谐波幅值和相位角，根据所述幅值和相位角计算有功功率和无功功率。

4.根据权利要3所述的谐波条件下电网功率的计量系统，其特征在于，所述正弦信号的所述相角和所述幅值的计算公式为：

式中，θ为正弦信号的相角，A为正弦信号的幅值；

所述有功功率和所述无功功率的计算方式为：将所述正弦信号中基波及各次谐波变换到α-β坐标系下，所述正弦信号的电压信号的向量值为和电流信号的矢量为得到电压、电流的瞬时值u和i，则正交瞬时分量u'和i'，分别表示为：

则瞬时有功功率和瞬时无功功率分别可以表示为：

式中，φ是所述正弦信号的电压信号和电流信号的相位差，U、I是和的有效值，即所述幅值的P、Q分别为所述有功功率和所述无功功率。