專利名稱：一種用于電能計(jì)量的諧波功率計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電能計(jì)量領(lǐng)域，尤其涉及一種用于電能計(jì)量的諧波功率計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
在電網(wǎng)中，隨著變頻設(shè)備和非線性設(shè)備的不斷增多，電壓并不是單一的頻率，混有越來越多的高頻成分，這些高頻分量對電網(wǎng)中的其他設(shè)備會(huì)造成嚴(yán)重的影響，當(dāng)高頻成分達(dá)到一定程度時(shí)，有可能出現(xiàn)嚴(yán)重的危害，因此，對電網(wǎng)中產(chǎn)生高頻成分的控制越來越重要，那么測量電網(wǎng)中諧波成分也相應(yīng)的受到重視。電網(wǎng)諧波測量常用到FFT變換(快速傅里葉變換)，通過FFT變換得到各諧波分量值，繼而計(jì)算諧波各種特征數(shù)據(jù)，比如有效值、有功功率等?，F(xiàn)在通常使用DSP(數(shù)字信號處理)處理器來實(shí)現(xiàn)FFT，實(shí)際上還是一種軟件實(shí)現(xiàn)方式，其效率不高。在功率計(jì)算方面，傳統(tǒng)的計(jì)算方式依據(jù)如下公式有功功率計(jì)算公式:p= ^^(φ -φ )無功功率計(jì)算公式:Ρ 二 Vi SiiK(Jf) - (P)其中，V表示電壓，I表示電流，爐t表示電壓相位，爐,表示電流相位；需要先計(jì)算出電壓和電流的有效值以及電壓和電流的相位，這需要很大的計(jì)算量，特別是相位的計(jì)算，無法準(zhǔn)確得到，而是通過數(shù)學(xué)逼近得到，誤差比較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于電能計(jì)量(尤其全電子式電能表計(jì)量)時(shí)諧波功率(有功功率和無功功率)的計(jì)算方法，針對FFT計(jì)算以及后續(xù)相關(guān)特征數(shù)據(jù)的計(jì)算，大大提高了計(jì)算諧波功率的效率和準(zhǔn)確率。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種用于電能計(jì)量的諧波功率計(jì)算方法，包括下列步驟步驟一，同時(shí)采集電網(wǎng)中的同步電壓數(shù)據(jù)和同步電流數(shù)據(jù)；步驟二，對所述同步電壓數(shù)據(jù)和同步電流數(shù)據(jù)分別進(jìn)行FFT變換，得到各次諧波的電壓分量和電流分量；步驟三，針對各次諧波根據(jù)公式J1 = vEe · iEe+vIm · iIm分別計(jì)算得到各次諧波的有功功率；根據(jù)公式P2 = vIm · iEe-vEe · iIm分別計(jì)算得到各次諧波的無功功率；其中，P1表示各次諧波的有功功率，P2表示各次諧波的無功功率，vEe表示各次諧波電壓實(shí)部值，iEe表示各次諧波電流實(shí)部值，Vlffl表示各次諧波電壓虛部值，iIffl表示各次諧波電流虛部值。在上述的用于電能計(jì)量的諧波功率計(jì)算方法中，所述步驟二中，通過流水線的方式對所述同步電壓數(shù)據(jù)和同步電流數(shù)據(jù)分別進(jìn)行FFT變換。在上述的用于電能計(jì)量的諧波功率計(jì)算方 法中，所述步驟二和步驟三均通過流水線數(shù)字處理器實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明以FFT變換作為理論基礎(chǔ)，使用特定精簡指令集的流水線數(shù)字處理器得到各諧波分量，然后通過特定計(jì)算公式完成諧波有功功率和無功功率的計(jì)算。本發(fā)明與傳統(tǒng)的諧波功率計(jì)算方法相比，計(jì)算量明顯減少，易于實(shí)現(xiàn)，并且計(jì)算結(jié)果精度較高，由于使用流水線處理器，可擴(kuò)展性比較強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)更多計(jì)算。


圖1是本發(fā)明的用于電能計(jì)量的諧波功率計(jì)算方法的流程圖； 圖2是蝶形運(yùn)算單元示意圖；圖3是某次諧波有功功率計(jì)算示意圖；圖4是某次諧波無功功率計(jì)算示意圖?！?br> 具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。DFT運(yùn)算(蝶形運(yùn)算)計(jì)算公式X(幻=€咖}釅；^," = 0，1,...，#-1，其中
n—Q= ，Ν為正整數(shù)，X(k)表示DFT運(yùn)算結(jié)果第k個(gè)值，表示旋轉(zhuǎn)因子，
j表示虛數(shù)單位(j2=_l)，e表示自然指數(shù)(e ^ 2. 7182818，無限不循環(huán)小數(shù))；FFT計(jì)算公式是在DFT計(jì)算公式的基礎(chǔ)上經(jīng)過化簡得到的，其原理如下
Χ^) = χβ)+ψ"ΝΧβ) I核心運(yùn)算單元蝶形運(yùn)算 Nk^ =(I)
Χ(^-)-Χβ)-ψΝΧ2^)2
- f-1
X β)- χ^)ψ12 = DFTlx^r)]其中；=°
Χβ) = YjX^wI2= DFTix^r)]
ιr=0
vir) = x{2r) IJsf!>r = 0,1, T-1; r彡0且為整數(shù)；N為2的整數(shù)次方；X(r) X2(r) = x(2r + l)J2
(r=0, I,..., N-1)表示待計(jì)算的DFT變換原始輸入數(shù)據(jù)；由上述公式(I)可以看出，F(xiàn)FT實(shí)際上是一種遞歸運(yùn)算，每次奇偶二分，直到剩下兩點(diǎn)FFT運(yùn)算。由此逆推，就可以計(jì)算2點(diǎn)、4點(diǎn)、8點(diǎn)，…，直到最后N點(diǎn)FFT，完成整個(gè)計(jì)
笪
οFFT計(jì)算之后，得到各次諧波的分量值，接下去就可以計(jì)算各次諧波的功率，如下公式所示有功功率計(jì)算公式:P = VI COS(<p -φ )( 2 )無功功率計(jì)算公式:P = VlSini^i — ψ)( 3 )其中V表示電壓，I表示電流，表示電壓相位爐表示電流相位。
當(dāng)FFT變換輸入數(shù)據(jù)為實(shí)序列時(shí)，X (k)具有共軛對稱性，X (k)最后
權(quán)利要求
1.一種用于電能計(jì)量的諧波功率計(jì)算方法，其特征在于，包括下列步驟 步驟一，同時(shí)采集電網(wǎng)中的同步電壓數(shù)據(jù)和同步電流數(shù)據(jù)； 步驟二，對所述同步電壓數(shù)據(jù)和同步電流數(shù)據(jù)分別進(jìn)行FFT變換，得到各次諧波的電壓分量和電流分量； 步驟三，針對各次諧波 根據(jù)公式-P1 = vEe iEe+vIm iIm分別計(jì)算得到各次諧波的有功功率； 根據(jù)公式P2 = Vlm iEe-vEe iIm分別計(jì)算得到該次諧波的無功功率； 其中，其中，P1表示該次諧波的有功功率，P2表示該次諧波的無功功率，vEe表示該次諧波電壓實(shí)部值，iEe表示該次諧波電流實(shí)部值，Vlffl表示該次諧波電壓虛部值，iIffl表示該次諧波電流虛部值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電能計(jì)量的諧波功率計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟二中，通過流水線的方式對所述同步電壓數(shù)據(jù)和同步電流數(shù)據(jù)分別進(jìn)行FFT變換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于電能計(jì)量的諧波功率計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟二和步驟三均通過流水線數(shù)字處理器實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于電能計(jì)量的諧波功率計(jì)算方法，包括同步輸入的電壓電流采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過FFT變換后，得到各次諧波分量的值，在各次諧波分量的基礎(chǔ)上通過特定公式得到各次諧波的有功功率和無功功率。整個(gè)運(yùn)算過程使用流水線數(shù)字處理器，與傳統(tǒng)諧波功率計(jì)算的方法相比，諧波功率計(jì)算簡單，采用流水線方式運(yùn)算更少，計(jì)算結(jié)果更精確。
文檔編號G01R21/133GK102998523SQ20121057142
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者沈祥, 韓明 申請人:上海貝嶺股份有限公司