[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

说明书

本发明提供了一种谐波条件下电网功率的计量系统和计量方法，用于电能计量领域。其技术方案为：包括用于将输入信号变为正弦信号的谐波解耦网络，用于检测正弦信号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，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。本发明的有益效果为：实时监测电网中基波及各次谐波的瞬时功率，通过检测的瞬时功率数据，从而计量出电网的基波及各次谐波的有功功率和无功功率，克服传统功率检测精度低、响应速度慢的缺点，实时计算基波及各次谐波的有功功率、无功功率数据。

技术领域

本发明涉及电能计量领域，尤其涉及一种谐波条件下电网功率的计量系统和计量方法。

背景技术

谐波条件下基波和各次谐波的瞬时功率计算的关键是谐波检测算法。目前研究者针对这一点提出了多种谐波检测算法，其中应用最广泛的是快速傅里叶算法和均方根法，其中快速傅里叶算法会出现频谱泄露、栅栏效应的不足，当电网频率出现突变时，通过快速傅里叶算法计算到的频率、幅值以及相位的误差比较大，无法达到功率精确计算的要求。采用加窗插值的快速傅里叶算法可以降低使用快速傅里叶算法计算得到结果的误差，但同时为保证谐波分析精度，采样一般需要多个基波周期，计算量较大；均方根法需要对输入信号进行整周期采样，计算出整数倍周期的电压、电流有效值，但采样环节中会产生误差，且需要等待每一个周期的采样结果，速度慢、效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实时监测电网中基波及各次谐波的瞬时功率，通过检测的瞬时功率数据，从而计量出电网的基波及各次谐波的有功功率和无功功率，克服传统功率检测精度低、响应速度慢的缺点，实时计算基波及各次谐波的有功功率、无功功率数据的谐波条件下电网功率的计量系统及计量方法。

本发明是通过如下措施实现的：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。

所述计算处理单元，通过采集正弦量及正弦量正交分量的瞬时值，将电压矢量和电流矢量在α-β坐标系下进行分解，利用电压、电流矢量在α轴的瞬时值u、i和β轴上的瞬时值u'、i'，计算出瞬时有功功率p和瞬时无功功率q，得到的瞬时有功功率和无功功率，可以表示正弦条件下的有功功率和无功功率。

所述谐波解耦网络的输入端与输入电压信号和输入电流信号连接，所述谐波解耦网络的输出端和并联式二阶广义积分器-锁频环的输入端连接，所述计算处理单元的输入端与并联式二阶广义积分器-锁频环结构的输出端连接，所述计算处理单元用来将并联式二阶广义积分器-锁频环结构输出的基波和谐波信号进行数据采集、计算和传输，分别计算出基波和各次谐波的有功、无功功率。

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；