专利名称：一种用于电能计量的谐波功率计算方法
技术领域：
本发明涉及电能计量领域，尤其涉及一种用于电能计量的谐波功率计算方法。
背景技术：
在电网中，随着变频设备和非线性设备的不断增多，电压并不是单一的频率，混有越来越多的高频成分，这些高频分量对电网中的其他设备会造成严重的影响，当高频成分达到一定程度时，有可能出现严重的危害，因此，对电网中产生高频成分的控制越来越重要，那么测量电网中谐波成分也相应的受到重视。电网谐波测量常用到FFT变换(快速傅里叶变换)，通过FFT变换得到各谐波分量值，继而计算谐波各种特征数据，比如有效值、有功功率等。现在通常使用DSP(数字信号处理)处理器来实现FFT，实际上还是一种软件实现方式，其效率不高。在功率计算方面，传统的计算方式依据如下公式有功功率计算公式:p= ^^(φ -φ )无功功率计算公式:Ρ 二 Vi SiiK(Jf) - (P)其中，V表示电压，I表示电流，炉t表示电压相位，炉,表示电流相位；需要先计算出电压和电流的有效值以及电压和电流的相位，这需要很大的计算量，特别是相位的计算，无法准确得到，而是通过数学逼近得到，误差比较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于电能计量(尤其全电子式电能表计量)时谐波功率(有功功率和无功功率)的计算方法，针对FFT计算以及后续相关特征数据的计算，大大提高了计算谐波功率的效率和准确率。实现上述目的的技术方案是一种用于电能计量的谐波功率计算方法，包括下列步骤步骤一，同时采集电网中的同步电压数据和同步电流数据；步骤二，对所述同步电压数据和同步电流数据分别进行FFT变换，得到各次谐波的电压分量和电流分量；步骤三，针对各次谐波根据公式J1 = vEe · iEe+vIm · iIm分别计算得到各次谐波的有功功率；根据公式P2 = vIm · iEe-vEe · iIm分别计算得到各次谐波的无功功率；其中，P1表示各次谐波的有功功率，P2表示各次谐波的无功功率，vEe表示各次谐波电压实部值，iEe表示各次谐波电流实部值，Vlffl表示各次谐波电压虚部值，iIffl表示各次谐波电流虚部值。在上述的用于电能计量的谐波功率计算方法中，所述步骤二中，通过流水线的方式对所述同步电压数据和同步电流数据分别进行FFT变换。在上述的用于电能计量的谐波功率计算方 法中，所述步骤二和步骤三均通过流水线数字处理器实现。本发明的有益效果是本发明以FFT变换作为理论基础，使用特定精简指令集的流水线数字处理器得到各谐波分量，然后通过特定计算公式完成谐波有功功率和无功功率的计算。本发明与传统的谐波功率计算方法相比，计算量明显减少，易于实现，并且计算结果精度较高，由于使用流水线处理器，可扩展性比较强，能够实现更多计算。
图1是本发明的用于电能计量的谐波功率计算方法的流程图； 图2是蝶形运算单元示意图；图3是某次谐波有功功率计算示意图；图4是某次谐波无功功率计算示意图。·
具体实施例方式下面将结合附图对本发明作进一步说明。DFT运算(蝶形运算)计算公式X(幻=€咖}酽；^," = 0，1,...，#-1，其中
n—Q= ，Ν为正整数，X(k)表示DFT运算结果第k个值，表示旋转因子，
j表示虚数单位(j2=_l)，e表示自然指数(e ^ 2. 7182818，无限不循环小数)；FFT计算公式是在DFT计算公式的基础上经过化简得到的，其原理如下
Χ^) = χβ)+ψ"ΝΧβ) I核心运算单元蝶形运算 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且为整数；N为2的整数次方；X(r) X2(r) = x(2r + l)J2
(r=0, I,..., N-1)表示待计算的DFT变换原始输入数据；由上述公式(I)可以看出，FFT实际上是一种递归运算，每次奇偶二分，直到剩下两点FFT运算。由此逆推，就可以计算2点、4点、8点，…，直到最后N点FFT，完成整个计
笪
οFFT计算之后，得到各次谐波的分量值，接下去就可以计算各次谐波的功率，如下公式所示有功功率计算公式:P = VI COS(<p -φ )( 2 )无功功率计算公式:P = VlSini^i — ψ)( 3 )其中V表示电压，I表示电流，表示电压相位炉表示电流相位。
当FFT变换输入数据为实序列时，X (k)具有共轭对称性，X (k)最后
权利要求
1.一种用于电能计量的谐波功率计算方法，其特征在于，包括下列步骤 步骤一，同时采集电网中的同步电压数据和同步电流数据； 步骤二，对所述同步电压数据和同步电流数据分别进行FFT变换，得到各次谐波的电压分量和电流分量； 步骤三，针对各次谐波 根据公式-P1 = vEe iEe+vIm iIm分别计算得到各次谐波的有功功率； 根据公式P2 = Vlm iEe-vEe iIm分别计算得到该次谐波的无功功率； 其中，其中，P1表示该次谐波的有功功率，P2表示该次谐波的无功功率，vEe表示该次谐波电压实部值，iEe表示该次谐波电流实部值，Vlffl表示该次谐波电压虚部值，iIffl表示该次谐波电流虚部值。
2.根据权利要求1所述的用于电能计量的谐波功率计算方法，其特征在于，所述步骤二中，通过流水线的方式对所述同步电压数据和同步电流数据分别进行FFT变换。
3.根据权利要求1或2所述的用于电能计量的谐波功率计算方法，其特征在于，所述步骤二和步骤三均通过流水线数字处理器实现。
全文摘要
本发明公开了一种用于电能计量的谐波功率计算方法，包括同步输入的电压电流采样数据经过FFT变换后，得到各次谐波分量的值，在各次谐波分量的基础上通过特定公式得到各次谐波的有功功率和无功功率。整个运算过程使用流水线数字处理器，与传统谐波功率计算的方法相比，谐波功率计算简单，采用流水线方式运算更少，计算结果更精确。
文档编号G01R21/133GK102998523SQ20121057142
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者沈祥, 韩明 申请人:上海贝岭股份有限公司