電力諧波引起的電子式電能表計(jì)量誤差分析校正系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的電力諧波引起的電子式電能表計(jì)量誤差分析校正系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、計(jì)量誤差分析模塊和報(bào)表管理模塊；所述數(shù)據(jù)采集模塊采集電力諧波監(jiān)測數(shù)據(jù)和基波電量數(shù)據(jù)，并傳輸給所述計(jì)量誤差分析模塊；所述計(jì)量誤差分析模塊對所述數(shù)據(jù)采集模塊傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，獲得電子式電能計(jì)量表的計(jì)量誤差，以確定電子式電能計(jì)量表的誤差校正數(shù)據(jù)，糾正電子式電能計(jì)量表的計(jì)量誤差；所述報(bào)表管理模塊讀取所述所述數(shù)據(jù)采集模塊采集的電力諧波監(jiān)測數(shù)據(jù)和基波電量數(shù)據(jù)、以及所述計(jì)量誤差分析模塊給出的誤差校正數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)上述數(shù)據(jù)的查詢、顯示和打印。
【專利說明】電力諧波引起的電子式電能表計(jì)量誤差分析校正系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電力諧波引起的電子式電能表計(jì)量誤差分析校正系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，各類電力電子設(shè)備的應(yīng)用也日益增多。在地區(qū)電網(wǎng)中的各類換流設(shè)備、調(diào)壓裝置、變頻裝置等非線性負(fù)荷也越來越多，這些裝置在給人們提供可靠、方便的理想工作電源的同時(shí)，也給電網(wǎng)帶來了諧波污染。諧波污染不僅會(huì)給電網(wǎng)造成嚴(yán)重的危害，還將影響用戶的電能計(jì)量。
[0003]電能計(jì)量是電力系統(tǒng)收費(fèi)的依據(jù)，不但直接關(guān)系到電力系統(tǒng)和電力用戶的經(jīng)濟(jì)效益，也會(huì)對電力系統(tǒng)中許多技術(shù)指標(biāo)的計(jì)算產(chǎn)生影響。目前電子式電能計(jì)量表計(jì)在我國的應(yīng)用越來越廣泛，而電網(wǎng)中諧波的存在，使電子式電能計(jì)量的準(zhǔn)確性與合理性大受影響，直接影響供、用電雙方的經(jīng)濟(jì)利益及電力交易的公平性。因此，有必要對諧波造成的電子式電能表的計(jì)量誤差進(jìn)行校正分析。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種電力諧波引起的電子式電能表計(jì)量誤差分析校正系統(tǒng)，該系統(tǒng)首先對中低壓配電網(wǎng)絡(luò)中的電力諧波進(jìn)行測量，然后根據(jù)電力負(fù)荷數(shù)據(jù)和電力諧波數(shù)據(jù)，對電子式電能計(jì)量表的計(jì)量結(jié)果做誤差分析，并給出誤差校正結(jié)果。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明的電力諧波引起的電子式電能表計(jì)量誤差分析校正系統(tǒng)包括:數(shù)據(jù)采集模塊、計(jì)量誤差分析模塊和報(bào)表管理模塊；所述數(shù)據(jù)采集模塊采集電力諧波監(jiān)測數(shù)據(jù)和基波電量數(shù)據(jù)，并傳輸給所述計(jì)量誤差分析模塊；所述計(jì)量誤差分析模塊對所述數(shù)據(jù)采集模塊傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，獲得電子式電能計(jì)量表的計(jì)量誤差，以確定電子式電能計(jì)量表的誤差校正數(shù)據(jù)，糾正電子式電能計(jì)量表的計(jì)量誤差；所述報(bào)表管理模塊讀取所述所述數(shù)據(jù)采集模塊采集的電力諧波監(jiān)測數(shù)據(jù)和基波電量數(shù)據(jù)、以及所述計(jì)量誤差分析模塊給出的誤差校正數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)上述數(shù)據(jù)的查詢、顯示和打印。
[0006]上述電力諧波引起的電子式電能表計(jì)量誤差分析校正系統(tǒng)，其中，所述計(jì)量誤差分析模塊采用基于中心聚類理論的梯度優(yōu)化算法對采集的電力諧波監(jiān)測數(shù)據(jù)中的孤立點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別和修正，識(shí)別和修正后的結(jié)果采用基于回歸技術(shù)的空缺值填充方法填充采集過程中出現(xiàn)的空缺值。
[0007]上述電力諧波引起的電子式電能表計(jì)量誤差分析校正系統(tǒng)，其中，所述計(jì)量誤差分析模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊采集的基波電量數(shù)據(jù)和電力諧波數(shù)據(jù)，確定3至25次奇數(shù)次諧波的功率方向和幅值；然后計(jì)算出各次諧波的電量數(shù)據(jù)；基波電量數(shù)據(jù)與諧波功率方向同基波功率反向的奇數(shù)次諧波電量數(shù)據(jù)累加和為實(shí)際用戶所消耗的總電量數(shù)據(jù)，該總電量數(shù)據(jù)同電子式電能計(jì)量表計(jì)的計(jì)量結(jié)果的差值即為電力諧波造成的電子式計(jì)量表計(jì)的計(jì)量誤差。
[0008]上述電力諧波引起的電子式電能表計(jì)量誤差分析校正系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓電流傳感器、信號(hào)調(diào)整和A/D轉(zhuǎn)換器和FPGA處理模塊；所述電壓電流傳感器首先對所采集到的強(qiáng)電數(shù)據(jù)信號(hào)做低通濾波，以濾除信號(hào)中頻率高于采樣頻率一半的分量；然后將所采集到的強(qiáng)電數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為弱電數(shù)據(jù)信號(hào)，并對采樣的弱電數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，使采樣弱電數(shù)據(jù)信號(hào)滿足幅頻特性的要求；所述信號(hào)調(diào)整和A/D轉(zhuǎn)換器對弱電數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入所述FPGA處理模塊進(jìn)行運(yùn)算處理，得到電壓、電流信號(hào)的頻域功率譜數(shù)據(jù)。
[0009]上述電力諧波引起的電子式電能表計(jì)量誤差分析校正系統(tǒng)，其中，所述FPGA處理模塊包括接口電路、FIFO緩存器、FLASH、FFT處理器、PowerPC硬核、DRAM，以及網(wǎng)絡(luò)接口、LCD接口、USB接口和串行接口 ；所述接口電路用于接收所述信號(hào)調(diào)整和A/D轉(zhuǎn)換器傳輸來的數(shù)據(jù)信號(hào)；所述FIFO緩存器用于對所述接口電路接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行緩沖存儲(chǔ)；所述FFT處理器用于完成對數(shù)據(jù)信號(hào)的去直流、加窗、FFT、模平方運(yùn)算處理步驟，得到電壓、電流信號(hào)的頻域功率譜數(shù)據(jù)，并將處理過后的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到PowerPC硬核；所述FLASH對經(jīng)所述FFT處理器處理過后的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)；所述DRAM用于存儲(chǔ)所述FFT處理器在處理過程中形成的臨時(shí)性數(shù)據(jù)；所述PowerPC硬核用于接收所述FFT處理器輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)，并將數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸至網(wǎng)絡(luò)接口、IXD接口、USB接口和串行接口，同時(shí)，所述PowerPC硬核用于控制接口電路、FIFO緩存器、FLASH、FFT處理器、PowerPC硬核和DRAM的運(yùn)行；網(wǎng)絡(luò)接口、IXD接口、USB接口和串行接口用于接收所述PowerPC硬核傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)，并傳送至所述計(jì)量誤差分析模塊。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明中綜合考慮了中低壓配電網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測電力諧波數(shù)據(jù)和基波電量數(shù)據(jù)等，能夠?qū)χ械蛪号潆娋W(wǎng)絡(luò)中實(shí)際應(yīng)用的電子式計(jì)量表計(jì)由于電力諧波所造成的計(jì)量誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場就地分析，也可以在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的電力諧波引起的電子式電能表計(jì)量誤差分析校正系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0012]圖2是本發(fā)明中數(shù)據(jù)采集模塊的硬件結(jié)構(gòu)原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明:本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0014]如圖1所示，本實(shí)施例的電力諧波引起的電子式電能表計(jì)量誤差分析校正系統(tǒng)包括:數(shù)據(jù)采集模塊1、計(jì)量誤差分析模塊2和報(bào)表管理模塊3 ；
[0015]所述數(shù)據(jù)采集模塊I采集電力諧波監(jiān)測數(shù)據(jù)和基波電量數(shù)據(jù)，并傳輸給所述計(jì)量誤差分析模塊2 ；
[0016]所述計(jì)量誤差分析模塊2對所述數(shù)據(jù)采集模塊I傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，獲得電子式電能計(jì)量表的計(jì)量誤差，以確定電子式電能計(jì)量表的誤差校正數(shù)據(jù)，糾正電子式電能計(jì)量表的計(jì)量誤差；
[0017]所述報(bào)表管理模塊3讀取所述所述數(shù)據(jù)采集模塊I采集的電力諧波監(jiān)測數(shù)據(jù)和基波電量數(shù)據(jù)、以及所述計(jì)量誤差分析模塊2給出的誤差校正數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)上述數(shù)據(jù)的查詢、顯示和打印。
[0018]所述數(shù)據(jù)采集模塊I包括:電壓電流傳感器、信號(hào)調(diào)整和A/D轉(zhuǎn)換器(AnalogSignal模擬信號(hào)/Digital Signal數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器)和FPGA處理模塊；
[0019]所述電壓電流傳感器首先對所采集到的強(qiáng)電數(shù)據(jù)信號(hào)(包括電壓和電流信號(hào))做低通濾波，以濾除信號(hào)中頻率高于采樣頻率一半的分量，滿足采樣定理；然后將所采集到的強(qiáng)電數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為弱電數(shù)據(jù)信號(hào)，并對采樣的弱電數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，使采樣弱電數(shù)據(jù)信號(hào)滿足幅頻特性的要求；
[0020]所述信號(hào)調(diào)整和A/D轉(zhuǎn)換器對弱電數(shù)據(jù)信號(hào)(即4個(gè)基波周期信號(hào)，頻率分辨精度50/4 = 12.5Hz)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入所述FPGA處理模塊進(jìn)行運(yùn)算處理；
[0021]所述信號(hào)調(diào)整和A/D轉(zhuǎn)換器包括MAX125A/D芯片，因?yàn)镸AX125A/D芯片需提供雙電源工作電壓，所以所述信號(hào)調(diào)整和A/D轉(zhuǎn)換器還包括負(fù)電壓產(chǎn)生芯片(LMC7660)；
[0022]所述FPGA處理模塊經(jīng)過去直流、加窗、FFT、模平方等四個(gè)運(yùn)算處理步驟得到電壓、電流信號(hào)的頻域功率譜數(shù)據(jù)，所述電壓、電流信號(hào)的頻域功率譜數(shù)據(jù)包括電壓和電流基波電量數(shù)據(jù)，以及各次的電力諧波監(jiān)測數(shù)據(jù)；
[0023]FPGA處理模塊包括接口電路(DMA)、FIFO緩存器、FLASH、FFT處理器、PowerPC硬核、DRAM，以及網(wǎng)絡(luò)接口、IXD接口、USB接口和串行接口 ；
[0024]所述接口電路(DMA)用于接收所述信號(hào)調(diào)整和A/D轉(zhuǎn)換器傳輸來的數(shù)據(jù)信號(hào)；
[0025]所述FIFO緩存器用于對所述接口電路(DMA)接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行緩沖存儲(chǔ)；
[0026]所述FFT處理器用于完成對數(shù)據(jù)信號(hào)的去直流、加窗、FFT、模平方等四個(gè)運(yùn)算處理步驟，得到電壓、電流信號(hào)的頻域功率譜數(shù)據(jù)，并將處理過后的數(shù)據(jù)信號(hào)(即電壓和電流基波電量數(shù)據(jù)，以及各次電力諧波監(jiān)測信號(hào))傳送到PowerPC硬核；
[0027]所述FLASH對經(jīng)所述FFT處理器處理過后的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0028]所述DRAM用于存儲(chǔ)所述FFT處理器在處理過程中形成的臨時(shí)性數(shù)據(jù)；
[0029]所述PowerPC硬核用于接收所述FFT處理器輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)，并將數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸至網(wǎng)絡(luò)接口、IXD接口、USB接口和串行接口，同時(shí)，所述PowerPC硬核用于控制接口電路(DMA)、FIFO緩存器、FLASH、FFT處理器、PowerPC硬核和DRAM的運(yùn)行；
[0030]網(wǎng)絡(luò)接口、IXD接口、USB接口和串行接口用于接收所述PowerPC硬核傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)，并傳送至所述計(jì)量誤差分析模塊2。
[0031]所述計(jì)量誤差分析模塊2采用基于中心聚類理論的梯度優(yōu)化算法對采集的電力諧波監(jiān)測數(shù)據(jù)中的孤立點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別和修正，識(shí)別和修正后的結(jié)果采用基于回歸技術(shù)的空缺值填充方法填充采集過程中出現(xiàn)的空缺值。
[0032]所述計(jì)量誤差分析模塊2根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集模塊I采集的基波電量數(shù)據(jù)和電力諧波監(jiān)測數(shù)據(jù)，確定3至25次奇數(shù)次諧波的功率方向和幅值；然后計(jì)算出各次諧波的電量數(shù)據(jù)；基波電量數(shù)據(jù)與諧波功率方向同基波功率反向的奇數(shù)次諧波的電量數(shù)據(jù)累加和為實(shí)際用戶所消耗的總電量數(shù)據(jù)，該總電量數(shù)據(jù)同電子式電能計(jì)量表的計(jì)量結(jié)果的差值即為電力諧波造成的電子式計(jì)量表的計(jì)量誤差。
[0033]所述的報(bào)表管理模塊利用所述數(shù)據(jù)采集模塊I采集的基波電量數(shù)據(jù)和電力諧波數(shù)據(jù)，以及所述計(jì)量誤差分析模塊3給出的電力諧波造成的電子式計(jì)量表計(jì)的計(jì)量誤差數(shù)據(jù)，形成電力諧波造成的電子式計(jì)量表計(jì)的計(jì)量誤差報(bào)表。
【權(quán)利要求】
1.一種電力諧波引起的電子式電能表計(jì)量誤差分析校正系統(tǒng)，其特征在于，包括:數(shù)據(jù)采集模塊、計(jì)量誤差分析模塊和報(bào)表管理模塊； 所述數(shù)據(jù)采集模塊采集電力諧波監(jiān)測數(shù)據(jù)和基波電量數(shù)據(jù)，并傳輸給所述計(jì)量誤差分析模塊； 所述計(jì)量誤差分析模塊對所述數(shù)據(jù)采集模塊傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，獲得電子式電能計(jì)量表的計(jì)量誤差，以確定電子式電能計(jì)量表的誤差校正數(shù)據(jù)，糾正電子式電能計(jì)量表的計(jì)量誤差； 所述報(bào)表管理模塊讀取所述所述數(shù)據(jù)采集模塊采集的電力諧波監(jiān)測數(shù)據(jù)和基波電量數(shù)據(jù)、以及所述計(jì)量誤差分析模塊給出的誤差校正數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)上述數(shù)據(jù)的查詢、顯示和打印。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力諧波引起的電子式電能表計(jì)量誤差分析校正系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)量誤差分析模塊采用基于中心聚類理論的梯度優(yōu)化算法對采集的電力諧波監(jiān)測數(shù)據(jù)中的孤立點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別和修正，識(shí)別和修正后的結(jié)果采用基于回歸技術(shù)的空缺值填充方法填充采集過程中出現(xiàn)的空缺值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力諧波引起的電子式電能表計(jì)量誤差分析校正系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)量誤差分析模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊采集的基波電量數(shù)據(jù)和電力諧波數(shù)據(jù)，確定3至25次奇數(shù)次諧波的功率方向和幅值；然后計(jì)算出各次諧波的電量數(shù)據(jù)；基波電量數(shù)據(jù)與諧波功率方向同 基波功率反向的奇數(shù)次諧波電量數(shù)據(jù)累加和為實(shí)際用戶所消耗的總電量數(shù)據(jù)，該總電量數(shù)據(jù)同電子式電能計(jì)量表計(jì)的計(jì)量結(jié)果的差值即為電力諧波造成的電子式計(jì)量表計(jì)的計(jì)量誤差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力諧波引起的電子式電能表計(jì)量誤差分析校正系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓電流傳感器、信號(hào)調(diào)整和A/D轉(zhuǎn)換器和FPGA處理模塊； 所述電壓電流傳感器首先對所采集到的強(qiáng)電數(shù)據(jù)信號(hào)做低通濾波，以濾除信號(hào)中頻率高于采樣頻率一半的分量；然后將所采集到的強(qiáng)電數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為弱電數(shù)據(jù)信號(hào)，并對采樣的弱電數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，使采樣弱電數(shù)據(jù)信號(hào)滿足幅頻特性的要求； 所述信號(hào)調(diào)整和A/D轉(zhuǎn)換器對弱電數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入所述FPGA處理模塊進(jìn)行運(yùn)算處理，得到電壓、電流信號(hào)的頻域功率譜數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力諧波引起的電子式電能表計(jì)量誤差分析校正系統(tǒng)，其特征在于，所述FPGA處理模塊包括接口電路、FIFO緩存器、FLASH、FFT處理器、PowerPC硬核、DRAM，以及網(wǎng)絡(luò)接口、IXD接口、USB接口和串行接口 ； 所述接口電路用于接收所述信號(hào)調(diào)整和A/D轉(zhuǎn)換器傳輸來的數(shù)據(jù)信號(hào)； 所述FIFO緩存器用于對所述接口電路接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行緩沖存儲(chǔ)； 所述FFT處理器用于完成對數(shù)據(jù)信號(hào)的去直流、加窗、FFT、模平方運(yùn)算處理步驟，得到電壓、電流信號(hào)的頻域功率譜數(shù)據(jù)，并將處理過后的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到PowerPC硬核； 所述FLASH對經(jīng)所述FFT處理器處理過后的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)； 所述DRAM用于存儲(chǔ)所述FFT處理器在處理過程中形成的臨時(shí)性數(shù)據(jù)； 所述PowerPC硬核用于接收所述FFT處理器輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)，并將數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸至網(wǎng)絡(luò)接口、IXD接口、USB接口和串行接口，同時(shí)，所述PowerPC硬核用于控制接口電路、FIFO緩存器、FLASH、FFT處理器、PowerPC硬核和DRAM的運(yùn)行； 網(wǎng)絡(luò)接口、IXD接口、USB接口和串行接口用于接收所述PowerPC硬核傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)，并傳送至所述計(jì)量誤差分析模塊。
【文檔編號(hào)】G01R35/04GK104076317SQ201310104836
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月28日
【發(fā)明者】邢玉珍, 李宏仲, 王紅, 潘偉國, 史偉偉, 徐國富, 王承民, 陸達(dá), 黃起強(qiáng) 申請人:佳木斯電業(yè)局, 上海博英信息科技有限公司, 國家電網(wǎng)公司