一種分別計量基波和諧波的雙向智能電表及其計量方法
【專利摘要】本發(fā)明具體涉及一種分別計量基波和諧波的雙向智能電表及其計量方法。一種分別計量基波和諧波的雙向智能電表包括電壓互感器、電流互感器、第一低通濾波器、第二低通濾波器、基波周期長度測量模塊、A/D轉換器、單片機、比較器、LCD顯示屏和通訊芯片。一種分別計量基波和諧波的雙向智能電表的計量方法，包括(1)對用戶而言，定義φuk和φik分別為電表測得用戶側的諧波電壓和諧波電流初相角，φk表示諧波電壓和諧波電流的相位差，即φk＝φuk?φik；(2)若0≤φk≤90°，此時用戶不是諧波源；(3)若90°≤φk≤180°，此時用戶為諧波源。
【專利說明】
一種分別計量基波和諧波的雙向智能電表及其計量方法
技術領域
[0001]本發(fā)明具體涉及一種分別計量基波和諧波的雙向智能電表及其計量方法，屬于電網諧波計量技術領域。
【背景技術】
[0002]智能電表是智能電網的智能終端，除了具備傳統(tǒng)電能表基本用電量的計量功能以夕卜，為了適應智能電網和新能源的使用，智能電表還具有雙向多種費率計量功能、用戶端控制功能、多種數據傳輸模式的雙向數據通信功能、防竊電功能等智能化的功能，智能電表代表著未來節(jié)能型智能電網最終用戶智能化終端的發(fā)展方向。
[0003]系統(tǒng)中的非線性負荷分析較復雜，其不僅吸收基波與諧波功率，而且會將其中一部分基波與諧波電能轉化為額外的諧波電能注入系統(tǒng)。若僅從計量的角度考慮，對于非線性用戶，采用全波計量相對于采用基波計量方式有益。但非線性用戶產生了諧波，并由此造成對系統(tǒng)內其他用戶設備的危害。因此從諧波抑制的角度考慮，分別計量基波電量和諧波電量，并根據諧波電量進行一定的懲罰性收費，對于供電方和其他用戶將更為合理。這一方面需要實用的測量技術支撐以分析諧波的來源，另一方面也需要公認合理的理論分析方法來判定諧波責任問題。目前，這兩方面尚無突破。
[0004]對于后者諧波責任問題，以往處理電能質量問題是本著“誰污染，誰治理”的原貝1J，對用戶而言，是按照個體用戶對配網產生諧波貢獻度來決定的。有許多的方法諸如通過瞬間開斷一些負載，此時測量配網諧波水平來確定這種貢獻度的大小。經驗表明這種測量方法得到的結果并不準確，因為其它用戶或負載的運行狀態(tài)在不斷切換。此外，目前電力公司對個體用戶產生的諧波影響配網電能質量的問題的治理情況還不夠。對電力公司而言，保證供給電網所產生的諧波應當限制在國家標準規(guī)定范圍之內和為用戶提供高質量的電能運行環(huán)境。因此研究雙向諧波計量的智能電表有利于確定用戶或負載對諧波配網組成的貢獻程度，進而針對不同用戶確定不同的獎懲方案。
【發(fā)明內容】
[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明針對上述現有技術存在的問題做出改進，即本發(fā)明的第一目的在于公開一種分別計量基波和諧波的雙向智能電表。本發(fā)明的第二個目的在于公開一種分別計量基波和諧波的雙向智能電表的計量方法。
[0006]技術方案:一種分別計量基波和諧波的雙向智能電表，包括:
[0007]電壓互感器，用于將電網交流電的電壓轉化成適合A/D轉換器所需要的輸入電壓；
[0008]電流互感器，用于將電網交流電的電流轉換為適合A/D轉換器所需要的輸入電流；
[0009]第一低通濾波器，其輸入端與所述電壓互感器的輸出端相連，用于濾除諧波分量得到電網交流電的電壓的基波分量；
[0010]第二低通濾波器，其輸入端與所述電流互感器的輸出端相連，用于濾除諧波分量得到電網交流電的電流的基波分量；[0011 ]基波周期長度測量模塊，其輸入端與所述第一低通濾波器的輸出端相連，用于測量基波周期長度同時產生脈沖控制信號；
[0012]A/D轉換器，其輸入端分別與所述電壓互感器輸出端、所述電流互感器輸出端、所述第一低通濾波器的輸出端、所述第二低通濾波器的輸出端、所述基波周期長度測量模塊的輸出端相連，用于將模擬電壓和模擬電流轉化為數字電壓和數字電流；
[0013]單片機，其輸入端與所述A/D轉換器的輸出端相連，用于分別計量負載消耗的總電能和基波電能；
[0014]比較器，其輸入端與所述單片機的輸出端相連，用于比較單片機輸出的總電能和基波電能信號，得出用戶消耗的諧波分量；
[0015]IXD顯示屏，其輸入端分別與所述單片機的輸出端、所述比較器的輸出端相連，
[0016]通訊芯片，其輸入端與所述單片機的輸出端相連。
[0017]進一步地，所述適合A/D轉換器所需要的輸入電壓為O?5V。
[0018]—種分別計量基波和諧波的雙向智能電表的計量方法，包括以下步驟:
[0019](I)對用戶而言，定義(Kk和φι1{分別為電表測得用戶側的諧波電壓和諧波電流初相角，Ok表示諧波電壓和諧波電流的相位差，即<Η= Φ uk- Φ ik；
[0020](2)若O彡(i>k彡90°，則cos(i)k彡0，Wh彡0，則用戶吸收諧波電能，此時用戶不是諧波源；
[0021 ] (3)若90°彡Φ k彡180°，則cos Φ k彡O，Wh彡O，則用戶發(fā)出諧波電能，此時用戶為諧波源，上述步驟中:
[0022]Wh表示智能電表測量得到的諧波大小，其值等于總電能w與基波電能Wi相減，即Wh
= W-Wlo
[0023]有益效果:本發(fā)明公開的一種分別計量基波和諧波的雙向智能電表及其計量方法具有以下有益效果:
[0024]1、由于測量的諧波電能更精確，本發(fā)明的智能電表為電力部門的調度和規(guī)劃設計提供指導；
[0025]2、這些測量數據可以通過互聯(lián)網+的形式送入云端，進行資源共享；
[0026]3、為電力部門的電力營銷數據作參考，可根據諧波計量程度對線性用戶和非線性用戶制定不同的獎懲措施。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明公開的一種分別計量基波和諧波的雙向智能電表的結構示意框圖；
[0028]圖2為本發(fā)明公開的一種分別計量基波和諧波的雙向智能電表的計量方法的原理示意圖，
[0029]其中:
[0030]1-電壓互感器2-電流互感器[0031 ]3-A/D轉換器 4-單片機
[0032]5-第一低通濾波器6-第二低通濾波器
[0033]7-基波周期長度測量模塊8-比較器
[0034]9-通訊芯片10-LCD顯示屏【具體實施方式】:
[0035]下面對本發(fā)明的【具體實施方式】詳細說明。
[0036]具體實施例1
[0037]如圖1所示，一種分別計量基波和諧波的雙向智能電表，包括:
[0038]電壓互感器I，用于將電網交流電的電壓轉化成適合A/D轉換器3所需要的輸入電壓；
[0039]電流互感器2，用于將電網交流電的電流轉換為適合A/D轉換器3所需要的輸入電流；
[0040]第一低通濾波器5，其輸入端與電壓互感器I的輸出端相連，用于濾除諧波分量得到電網交流電的電壓的基波分量；
[0041]第二低通濾波器6，其輸入端與電流互感器2的輸出端相連，用于濾除諧波分量得到電網交流電的電流的基波分量；
[0042]基波周期長度測量模塊7，其輸入端與第一低通濾波器5的輸出端相連，用于測量基波周期長度同時產生脈沖控制信號；
[0043]A/D轉換器3，其輸入端分別與電壓互感器I輸出端、電流互感器2輸出端、第一低通濾波器5的輸出端、第二低通濾波器6的輸出端、基波周期長度測量模塊7的輸出端相連，用于將模擬電壓和模擬電流轉化為數字電壓和數字電流；
[0044]單片機4，其輸入端與A/D轉換器3的輸出端相連，用于分別計量負載消耗的總電能和基波電能，其中總電能包括基波電能和諧波電能，諧波電能包括電網對負載產生的諧波電能和非線性負載產生的諧波電能；
[0045]比較器8，其輸入端與單片機4的輸出端相連，用于比較單片機4輸出的總電能和基波電能信號，得出用戶消耗的諧波分量；
[0046]IXD顯示屏10，其輸入端分別與單片機4的輸出端、比較器8的輸出端相連，
[0047]通訊芯片9，其輸入端與單片機4的輸出端相連。
[0048]進一步地，適合A/D轉換器3所需要的輸入電壓為0V。
[0049 ] 如圖2所不，11、Ui分別表不電網傳輸的基波電流和電壓，UkN、IkN分別表不電網傳輸的k次諧波電壓和諧波電流，UkL、IkL分別表示用戶負載產生的k次諧波電壓和諧波電流，其中k = 2，3，4....，n，雙向智能電表置于配網和用戶負載的中間。
[0050]—種分別計量基波和諧波的雙向智能電表的計量方法，包括以下步驟:
[0051](I)對用戶而言，定義(Kk電表測得用戶側的諧波電壓初相角，定義φι1{為電表測得用戶側的諧波電流初相角，Φ k表示諧波電壓和諧波電流的相位差，即Φ k= Φ Uk- Φ lk;
[0052](2)若O彡(K彡90°，則cos (K彡O，wh彡O，則用戶吸收諧波電能，此時用戶不是諧波源；
[0053](3)若90°彡(H彡180°，則cos (K彡0，wh彡0，則用戶發(fā)出諧波電能，此時用戶為諧波源，上述步驟中:
[0054]Wh表示智能電表測量得到的諧波大小，其值等于總電能w與基波電能Wi相減，即Wh
= W-Wlo
[0055]具體實施例2
[0056]與具體實施例1大致相同，區(qū)別僅僅在于適合A/D轉換器3所需要的輸入電壓為5V。
[0057]具體實施例3
[0058]與具體實施例1大致相同，區(qū)別僅僅在于適合A/D轉換器3所需要的輸入電壓為2.5Vo
[0059]上面對本發(fā)明的實施方式做了詳細說明。但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在所屬技術領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【主權項】
1.一種分別計量基波和諧波的雙向智能電表，其特征在于，包括: 電壓互感器，用于將電網交流電的電壓轉化成適合A/D轉換器所需要的輸入電壓； 電流互感器，用于將電網交流電的電流轉換為適合A/D轉換器所需要的輸入電流； 第一低通濾波器，其輸入端與所述電壓互感器的輸出端相連，用于濾除諧波分量得到電網交流電的電壓的基波分量； 第二低通濾波器，其輸入端與所述電流互感器的輸出端相連，用于濾除諧波分量得到電網交流電的電流的基波分量； 基波周期長度測量模塊，其輸入端與所述第一低通濾波器的輸出端相連，用于測量基波周期長度同時產生脈沖控制信號； A/D轉換器，其輸入端分別與所述電壓互感器輸出端、所述電流互感器輸出端、所述第一低通濾波器的輸出端、所述第二低通濾波器的輸出端、所述基波周期長度測量模塊的輸出端相連，用于將模擬電壓和模擬電流轉化為數字電壓和數字電流； 單片機，其輸入端與所述A/D轉換器的輸出端相連，用于分別計量負載消耗的總電能和基波電能； 比較器，其輸入端與所述單片機的輸出端相連，用于比較單片機輸出的總電能和基波電能信號，得出用戶消耗的諧波分量； LCD顯示屏，其輸入端分別與所述單片機的輸出端、所述比較器的輸出端相連， 通訊芯片，其輸入端與所述單片機的輸出端相連。2.根據權利要求1所述的一種分別計量基波和諧波的雙向智能電表，其特征在于，所述適合A/D轉換器所需要的輸入電壓為O?5V。3.—種分別計量基波和諧波的雙向智能電表的計量方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)對用戶而言，定義Φα和Φ&分別為電表測得用戶側的諧波電壓和諧波電流初相角，Φι<表示諧波電壓和諧波電流的相位差，即<Η= Φ uk- Φ ik； (2)若O彡ΦΚ90°，則cos(K彡0，wh彡0，則用戶吸收諧波電能，此時用戶不是諧波源； (3)若90°彡Φk彡180°，則cos Φ k彡O，Wh彡O，則用戶發(fā)出諧波電能，此時用戶為諧波源，上述步驟中: Wh表示智能電表測量得到的諧波大小，其值等于總電能W與基波電能Wl相減，8卩Wh = W-Wlo
【文檔編號】G01R23/16GK105911346SQ201610521673
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年7月5日
【發(fā)明人】賈晉峰, 王軼, 熊文, 夏向陽, 李勁, 劉川, 任發(fā)雋, 張磊, 易浩民
【申請人】國網重慶市電力公司市區(qū)供電分公司, 長沙理工大學