一种功率分析方法和装置与流程

本发明涉及功率测量技术领域，更具体地说，涉及一种功率分析方法和装置。

背景技术：

随着电子设备的不断发展，电机调速驱动器、整流设备、电弧炉等非线性负载大量使用于工业和商业上。这些负载会导致电压、电流的畸变或者不平衡。而传统的计量仪表大都是基于50/60hz正弦波设计的，已经被证明在波形畸变情况下存在较大的误差，不能正确反映用户的用电情况。

在现有技术中，基于经典的功率理论对功率进行分析，具体为：使用纯模拟电路进行处理或使用模数转换电路得到离散值后，再使用处理器计算电压和电流的有效值和有功功率，进而根据有效值计算视在功率和功率因数，再由视在功率、有功功率和无功功率三者在数值上的三角形关系得出无功功率。但是，经典的功率理论是基于正弦单频信号和平衡系统的，在非正弦不平衡条件下无法对功率参数进行精确的测量。

因此，如何在非正弦不平衡条件下对功率参数进行精确的测量，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种功率分析方法和装置，以实现在非正弦不平衡条件下功率参数精确测量的目的。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种功率分析方法，包括：

对电压信号和/或电流信号进行宽频带采样，得到电压采样数据和/或电流采样数据；

划分所述电压采样数据和/或所述电流采样数据为两路数据进行传输；

在传输过程中，对第一路数据进行常规功率参数计算，得到常规功率参数计算结果，对第二路数据进行基波分解，得到基波分量；

根据所述常规功率参数计算结果和所述基波分量进行非正弦不平衡条件下功率参数的计算，得到非正弦不平衡功率参数计算结果；

其中，非正弦不平衡条件下功率参数的计算依据电气与电子工程师协会制定的非正弦不平衡条件下功率参数的计算标准ieeestd1459进行计算。

优选的，还包括：

显示所述常规功率参数计算结果和/或非正弦不平衡功率参数计算结果。

优选的，当所述对电压信号和/或电流信号进行宽频带采样为同步采样时，相应的，所述对第二路数据进行基波分解，得到基波分量，包括：

对第二路数据进行傅里叶变换，得到基波分量。

优选的，当所述对电压信号和/或电流信号进行宽频带采样为非同步采样时，相应的，所述对第二路数据进行基波分解，得到基波分量，包括：

对第二路数据进行傅里叶变换，得到基波分量。

优选的，当所述对电压信号和/或电流信号进行宽频带采样为非同步采样时，相应的，所述对第二路数据进行基波分解，得到基波分量，包括：

对第二路数据进行小波变换，得到基波分量。

一种功率分析装置，包括：采样模块、常规功率参数计算模块、基波分解模块和非正弦不平衡功率参数计算模块；

所述采样模块的输出端分别和所述常规功率参数计算模块的输入端和所述基波分解模块的输入端相连，用于对电压信号和/或电流信号进行宽频带采样，并划分得到的电压采样数据和/或电流采样数据为两路数据，其中，第一路数据发送给所述常规功率参数计算模块，第二路数据发送给所述基波分解模块；

所述常规功率参数计算模块的输入端和所述采样模块的输出端相连，输出端与所述非正弦不平衡功率参数计算模块的第一输入端相连，用于对所述第一路数据进行常规功率参数计算，得到常规功率参数计算结果，并将所述常规功率参数计算结果发送给所述非正弦不平衡功率参数计算模块；

所述基波分解模块的输入端和所述采样模块的输出端相连，输出端和所述非正弦不平衡功率参数计算模块的第二输入端相连，用于对所述第二路数据进行基波分解，得到基波分量，并将所述基波分量发送给所述非正弦不平衡功率参数计算模块；

所述非正弦不平衡功率参数计算模块的第一输入端和所述常规功率参数计算模块的输出端相连，第二输入端和所述基波分解模块的输出端相连，用于根据所述基波分量和所述常规功率参数计算结果进行非正弦不平衡条件下功率参数的计算，得到非正弦不平衡功率参数计算结果；

其中，非正弦不平衡条件下功率参数的计算依据电气与电子工程师协会制定的非正弦不平衡条件下功率参数的计算标准ieeestd1459进行计算。

优选的，还包括：显示模块；

所述显示模块与所述常规功率参数计算模块的输出端及所述非正弦不平衡功率参数计算模块的输出端相连，用于显示所述常规功率参数计算结果和/或所述非正弦不平衡功率参数计算结果。

优选的，所述基波分解模块，用于当所述采样模块对电压信号和/或电流信号的宽频带采样为同步采样时，对第二路数据进行傅里叶变换，得到基波分量。

优选的，所述基波分解模块，用于当所述采样模块对电压信号和/或电流信号的宽频带采样为非同步采样时，对第二路数据进行傅里叶变换，得到基波分量；

优选的，所述基波分解模块，用于当所述采样模块对电压信号和/或电流信号的宽频带采样为非同步采样时，对第二路数据进行小波变换，得到基波分量。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的一种功率分析方法和装置，所述方法包括：对电压信号和/或电流信号进行宽频带信号采样，得到电压采样数据和/或电流采样数据；划分所述电压采样数据和/或所述电流采样数据为两路数据进行传输；在传输过程中，对第一路数据进行常规功率参数计算，得到常规功率参数计算结果，对第二路数据进行基波分解，得到基波分量；根据所述常规功率参数计算结果和所述基波分量进行非正弦不平衡条件下功率 参数的计算，得到非正弦不平衡功率参数计算结果。由此可见，本发明能够实现在非正弦不平衡条件下对功率参数进行精确的测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种功率分析方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的一种功率分析方法的流程图；

图3为本发明实施例三提供的一种功率分析装置的结构示意图；

图4为本发明实施例四提供的一种功率分析装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种功率分析方法和装置，以实现在非正弦不平衡条件下对功率参数进行精确测量的目的。

实施例一

本发明实施例一提供一种功率分析方法，如附图1所示的本发明实施例一公开的一种功率分析方法的流程图，所述方法，包括：

s101：对电压信号和/或电流信号进行宽频带采样，得到电压采样数据和/或电流采样数据；

其中，需要进行说明的是，对电压信号和/或电流信号进行宽频带采样，能够实现对基波频率为0.1hz到5khz的宽频带的非正弦信号进行采样；

s102:划分所述电压采样数据和/或所述电流采样数据为两路数据进行传输；

需要进行说明的是，当只对电压信号进行宽频带采样时，得到电压采样数据，将所述电压采样数据划分成两路数据，第一路数据和第二路数据均为电压采样数据；

当只对电流信号进行宽频带采样时，得到电流采样数据，将所述电流采样数据划分成两路数据，第一路数据和第二路数据均为电流采样数据；

当同时对电压信号和电流信号进行宽频带采样时，得到电压采样数据和电流采样数据，将所述电压采样数据和所述电流采样数据划分成两路数据，其中，第一路数据和第二路数据均包括：电压采样数据和电流采样数据。

s103：在传输过程中，对第一路数据进行常规功率参数计算，得到常规功率参数计算结果，对第二路数据进行基波分解，得到基波分量；

s104：根据所述常规功率参数计算结果和所述基波分量进行非正弦不平衡条件下功率参数的计算，得到非正弦不平衡功率参数计算结果；

其中，非正弦不平衡条件下功率参数的计算依据电气与电子工程师协会制定的非正弦不平衡条件下功率参数的计算标准ieeestd1459进行计算。

还需要进行说明的是，常规功率参数的计算包括但不限于电压有效值、电流有效值、有功功率、视在功率、无功功率和功率因素的计算；

同样的，非正弦不平衡条件下功率参数的计算包括但不限于基波电压、基波电流、非基波电压、非基波电流、等效视在功率、非有功功率、基波等效视在功率、非基波等效视在功率、基本正弦视在功率、不平衡视在功率、正序功率因数、不平衡程度、谐波视在功率、电压畸变功率、电流畸变功率、基波正序有功功率、基波正序无功功率、基波负序有功功率、基波负序无功功率、基波零序有功功率、基波零序无功功率、谐波有功功率、谐波畸变功率、谐波污染程度的计算，还可以包括其他在功率参数的计算。

还需要进一步说明的是，本发明实施例提供的一种功率分析方法支持单相双线、单相三线、三相三线、三相四线多种接线方式下功率参数的测量。

基于上述本发明实施例一公开的功率分析方法，针对采样方式的不同，优选的，当所述对电压信号和/或电流信号进行宽频带采样为同步采样时，相应的，所述对第二路数据进行基波分解，得到基波分量，包括：对第二路数据进行傅里叶变换，得到基波分量。

优选的，当所述对电压信号和/或电流信号进行宽频带采样为非同步采样时，相应的，所述对第二路数据进行基波分解，得到基波分量，包括：对第二路数据进行傅里叶变换，得到基波分量。

优选的，当所述对电压信号和/或电流信号进行宽频带采样为非同步采样时，相应的，所述对第二路数据进行基波分解，得到基波分量，包括：对第二路数据进行小波变换，得到基波分量。

由上述本发明实施例公开的一种功率分析方法可以得出，本发明实施例通过对电压信号和/或电流信号进行宽频带采样，得到电压采样数据和/或电流采样数据；划分所述电压采样数据和/或所述电流采样数据为两路数据进行传输；在传输过程中，对第一路数据进行常规功率参数计算，得到常规功率参数计算结果，对第二路数据进行基波分解，得到基波分量；根据所述常规功率参数计算结果和所述基波分量进行非正弦不平衡条件下功率参数的计算，得到非正弦不平衡功率参数计算结果。由此可见，本发明实施例能够实现在非正弦不平衡条件下对功率参数进行精确的测量，测量结果能够真实反映电力系统的状况。此外，由于本发明实施例中对电压信号和/或电流信号进行宽频带采样，且非正弦不平衡条件下功率参数的计算是依据ieeestd1459标准进行计算的，由此可见，本发明实施例不仅支持基波频率为50hz和60hz的工频信号的功率参数计算，还支持基波频率为0.1hz到5khz的宽频带的非正弦信号的功率参数的计算。

进一步的，本发明实施例能够通过同步采样和傅里叶变换结合的方式实现基波分解，也可以通过非同步采样和傅里叶变换结合的方式或者通过非同步采样和小波变换结合的方式实现基波分解，进一步保证了能够利用基波分量和常规功率参数计算结果实现非正弦不平衡条件下功率参数的测量。

实施例二

基于上述本发明实施例一提供的一种功率分析方法，如附图2所示为本发明实施例二提供的一种功率分析方法，在图1所示出的s101至s104的基础上，进一步还包括：

s105：显示所述常规功率参数计算结果和/或非正弦不平衡功率参数计算结果。

需要进行说明的是，可以根据需要单独显示所述常规功率参数计算结果，也可以单独显示所述非正弦不平衡功率参数计算结果，还可以同时对比显示所述常规功率参数计算结果和所述非正弦不平衡功率参数计算结果。

由上述本发明实施例公开的一种功率分析方法可以得出，本发明实施例通过对电压信号和/或电流信号进行宽频带采样，得到电压采样数据和/或电流采样数据；划分电压采样数据和/或电流采样数据为两路数据进行传输；在传输过程中，对第一路数据进行常规功率参数计算，得到常规功率参数计算结果，对第二路数据进行基波分解，得到基波分量；根据常规功率参数计算结果和基波分量进行非正弦不平衡条件下功率参数的计算，得到非正弦不平衡功率参数计算结果。由此可见，本发明实施例能够实现在非正弦不平衡条件下对功率参数进行精确的测量，测量结果真实反映电力系统的状况。此外，由于本发明实施例中对电压信号和/或电流信号进行宽频采样，且非正弦不平衡条件下功率参数的计算是依据ieeestd1459标准进行计算的，由此可见，本发明实施例不仅支持基波频率为50hz和60hz的工频信号的功率参数计算，还支持基波频率为0.1hz到5khz的宽频带的非正弦信号的功率参数的计算。

进一步的，通过显示所述常规功率参数计算结果和/或非正弦不平衡功率参数计算结果，能够实现单独显示常规功率参数计算结果或非正弦不平衡功率参数计算结果，同时还能够实现对比显示常规功率参数计算结果和非正弦不平衡功率参数计算结果。

实施例三

本发明实施例三提供了一种功率分析装置，如附图3所示的是本发明实施例三提供的一种功率分析装置，包括：

采样模块101、常规功率参数计算模块102、基波分解模块103和非正弦不平衡功率参数计算模块104；

所述采样模块101的输出端分别和所述常规功率参数计算模块102的输入端和所述基波分解模块103的输入端相连，用于对电压信号和/或电流信号进行宽频带信号采样，并划分得到的电压采样数据和/或电流采样数据为两路数据，其中，第一路数据发送给所述常规功率参数计算模块102，第二路数据发送给所述基波分解模块103；

其中，需要进行说明的是，对电压信号和/或电流信号进行宽频带采样，能够实现对基波频率为0.1hz到5khz的宽频带的非正弦信号进行采样；

需要进行说明的是，当所述采样模块只对电压信号进行宽频带采样时，得到电压采样数据，将所述电压采样数据划分成两路数据，其中，第一路数据和第二路数据均为电压采样数据；

当所述采样模块只对电流信号进行宽频带采样时，得到电流采样数据，将所述电流采样数据划分成两路数据，其中，第一路数据和第二路数据均为电流采样数据；

当所述采样模块同时对电压信号和电流信号进行宽频带采样时，得到电压采样数据和电流采样数据，将所述电压采样数据和所述电流采样数据划分成两路数据，其中，第一路数据和第二路数据均包括：电压采样数据和电流采样数据。

所述常规功率参数计算模块102的输入端和所述采样模块101的输出端相连，输出端与所述非正弦不平衡功率参数计算模块104的第一输入端相连，用于对所述第一路数据进行常规功率参数计算，得到常规功率参数计算结果，并将所述常规功率参数计算结果发送给所述非正弦不平衡功率参数计算模块104；

所述基波分解模块103的输入端和所述采样模块101的输出端相连，输出端和所述非正弦不平衡功率参数计算模块104的第二输入端相连，用于对所述第二路数据进行基波分解，得到基波分量，并将所述基波分量发送给所述非正弦不平衡功率参数计算模块104；

所述非正弦不平衡功率参数计算模块104的第一输入端和所述常规功率参数计算模块102的输出端相连，第二输入端和所述基波分解模块103的输出端相连，用于根据所述基波分量和所述常规功率参数计算结果进行非正弦不平衡条件下功率参数的计算，得到非正弦不平衡功率参数计算结果；

其中，非正弦不平衡条件下功率参数的计算依据电气与电子工程师协会制定的非正弦不平衡条件下功率参数的计算标准ieeestd1459进行计算。

需要进行说明的是，常规功率参数的计算包括但不限于电压有效值、电流有效值、有功功率、视在功率、无功功率和功率因素的计算；

同样的，非正弦不平衡条件下功率参数的计算包括但不限于基波电压、 基波电流、非基波电压、非基波电流、等效视在功率、非有功功率、基波等效视在功率、非基波等效视在功率、基本正弦视在功率、不平衡视在功率、正序功率因数、不平衡程度、谐波视在功率、电压畸变功率、电流畸变功率、基波正序有功功率、基波正序无功功率、基波负序有功功率、基波负序无功功率、基波零序有功功率、基波零序无功功率、谐波有功功率、谐波畸变功率、谐波污染程度的计算，还可以包括其他在功率参数的计算。

还需要进一步说明的是，本发明实施例提供的一种功率分析方法支持单相双线、单相三线、三相三线、三相四线多种接线方式下功率参数的测量。

基于上述本发明实施例三公开的功率分析装置，针对采样方式的不同，优选的，所述基波分解模块103，用于当所述采样模块101对电压信号和/或电流信号的宽频带采样为同步采样时，对第二路数据进行傅里叶变换，得到基波分量。

优选的，所述基波分解模块103，用于当所述采样模块101对电压信号和/或电流信号的宽频带采样为非同步采样时，对第二路数据进行傅里叶变换，得到基波分量；

优选的，所述基波分解模块103，用于当所述采样模块101对电压信号和/或电流信号的宽频带采样为非同步采样时，对第二路数据进行小波变换，得到基波分量。

本发明实施例公开的一种功率分析装置，包括：采样模块的输出端分别和常规功率参数计算模块的输入端和基波分解模块的输入端相连，用于对电压信号和/或电流信号进行宽频带采样，并划分得到的电压采样数据和/或电流采样数据为两路数据，其中，第一路数据发送给常规功率参数计算模块，第二路数据发送给基波分解模块；常规功率参数计算模块的输入端和采样模块的输出端相连，输出端与非正弦不平衡功率参数计算模块的第一输入端相连，用于对第一路数据进行常规功率参数计算，得到常规功率参数计算结果，并将常规功率参数计算结果发送给非正弦不平衡功率参数计算模块；基波分解模块的输入端和采样模块的输出端相连，输出端和非正弦不平衡功率参数计算模块的第二输入端相连，用于对第二路数据进行基波分解，得到基波分量，并将基波分量发送给非正弦不平衡功率参数计算模块；非正弦不平衡功率参数计算模块的第一输入端和常规功率参数计算模块的输出端相连，第二输入 端和基波分解模块的输出端相连，用于根据基波分量和常规功率参数计算结果进行非正弦不平衡条件下功率参数的计算，得到非正弦不平衡功率参数计算结果。由此可见，本发明实施例能够实现在非正弦不平衡条件下对功率参数进行精确的测量，测量结果能够真实反映电力系统的状况。此外，由于本发明实施例中对电压信号和/或电流信号进行宽频采样，且非正弦不平衡条件下功率参数的计算是依据ieeestd1459标准进行计算的，由此可见，本发明实施例不仅支持基波频率为50hz和60hz的工频信号的功率参数计算，还支持基波频率为0.1hz到5khz的宽频带的非正弦信号的功率参数的计算。

进一步的，本发明实施例能够通过同步采样和傅里叶变换结合的方式实现基波分解，也可以通过非同步采样和傅里叶变换结合的方式或者通过非同步采样和小波变换结合的方式实现基波分解，进一步保证了能够利用基波分量和常规功率参数计算结果实现非正弦不平衡条件下功率参数的测量。

实施例四

基于上述本发明实施例三提供的一种功率分析装置，如附图4所示的本发明实施例四提供的一种功率分析装置，在图3所示的功率分析装置的基础上，还包括：显示模块105；

所述显示模块105与所述常规功率参数计算模块102的输出端及所述非正弦不平衡功率参数计算模块104的输出端相连，用于显示所述常规功率参数计算结果和/或所述非正弦不平衡功率参数计算结果。

优选的，所述显示模块，包括：液晶显示器。

优选的，所述显示模块，包括：多屏幕显示器。

需要进行说明的是，可以根据需要单独显示所述常规功率参数计算结果，也可以单独显示所述非正弦不平衡功率参数计算结果，还可以同时对比显示所述常规功率参数计算结果和所述非正弦不平衡功率参数计算结果。

本发明实施例公开的一种功率分析装置，能够实现在非正弦不平衡条件下对功率参数进行精确的测量，测量结果真实反映电力系统的状况。

进一步的，还包括：显示模块；显示模块与常规功率参数计算模块的输出端及非正弦不平衡功率参数计算模块的输出端相连，用于显示常规功率参数计算结果和/或非正弦不平衡功率参数计算结果；由此可见，实现了常规功 率参数计算结果或非正弦不平衡功率参数计算结果的显示，还能够实现常规功率参数计算结果或非正弦不平衡功率参数计算结果的对比显示。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。