一种测量准确的有功功率测量方法与流程

本发明涉及一种有功功率测量方法，特别是一种用于测量设备且测量准确的有功功率测量方法。

背景技术：

随着社会的发展和人们生活水平的提高，工农业生产及生活用电量急剧增加，并随着全社会节能环保意识的不断增强及阶梯电价政策，人们迫切需要实时测量并控制电能的消耗，因而必须正确获取实际用电功率。

目前，常用的有功功率测量方法主要有功率三角法、模拟乘法器方法、傅里叶变换法、hilbert滤波器法、小波变换法等。但这些测量方法均都存在一定的局限性，如功率三角法只适合标准正弦电路；乘法器方法对电压和电流乘积，得到瞬时功率，再用固定时间对瞬时功率进行积分，即可获得瞬时功率的平均值即有功功率。该方法可以适用于任意交流波形信号的有功功率测量，但存在着要么使用模拟乘法器和积分电路实现，要么需要高精度ad采样，抗干扰能力较差；傅里叶变换和hilbert滤波器法可得到较好的测量结果，但傅里叶变换法计算量大且存在频谱泄露和受频率分辨率限制的问题，被分析的信号必须是稳态的，hilbert滤波器设计较困难，同时傅里叶变换和hilbert滤波器法对硬件性能要求非常高，一般需要高性能数字信号处理器来实现，使用成本较高；另外，小波变换和神经网络算法复杂，计算量大，耗时长，工程实用化很难。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种测量准确的有功功率测量方法。本发明不仅具有较高的准确度和稳定性，而且使用成本较低。

本发明的技术方案：一种测量准确的有功功率测量方法，其特征在于，按以下步骤进行：

(1)将待测交流电压信号v(t)进行放大a倍得到信号va(t)，并对va(t)进行叠加vdc得到va(t)+vdc；

(2)将待测交流电流信号i(t)转换为电压信号并放大b倍得到vb(t)，并对vb(t)进行叠加vdc得到vb(t)+vdc；

(3)获取v(t)的频率f；

(4)产生频率为n×f且幅值为vcc的中心对称三角波vtri；

(5)将vtri与va(t)+vdc进行pwm调制得到信号将vtri与vb(t)+vdc进行pwm调制，得到信号

(6)捕获和第k个pwm周期的导通时间和并存储到数组，依据有功功率计算公式：计算有功功率p；

(7)计算实际供电的有功功率preal＝a×b×p。

前述的测量准确的有功功率测量方法中，所述所述a≥1或0<a<1(放大或衰减)。

前述的测量准确的有功功率测量方法中，所述b≥1或0<b<1(放大或衰减)。

前述的测量准确的有功功率测量方法中，所述待测交流电压信号v(t)和待测交流电流信号i(t)是含直流分量和谐波分量的交流信号。

与现有技术相比，本发明通过待测交流电压信号v(t)和待测交流电流信号i(t)进行有效处理，并将处理后的数值进行公式计算后得到实际供电的有功功率，这过程中处理的数值稳定，从而提高有功功率测量的准确度和稳定性，而且采用简易的方式，设计简单，计算量小，降低了使用成本。本发明算法简单，计算量小，耗时短，容易实现工程实用化。另外本发明的待测交流电压信号v(t)和待测交流电流信号i(t)可以是含直流分量和谐波分量的交流信号，计算有功功率的适用范围较为广泛。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是v(t)+vdc与uc(t)的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。一种测量准确的有功功率测量方法，假设交流电压v(t)，直流偏置电压vdc：0<vdc<vcc，使得v(t)+vdc满足：vcc＞(v(t)+vdc)＞0。uc(t)为非负对称三角波信号，其满足：其中：周期为tc，频率为fc，幅值为vcc。

v(t)+vdc与uc(t)关系如图2所示：

令：v'(t)＝v(t)+vdc，则：

并且：

所以：

又因为：

所以有：

其中：

因为：

所以：

当tc很小时，有：

同理，在满足vcc＞(i(t)+vdc)＞0情况时，i(t)+vdc与uc(t)的关系与前述一致时，有：

交流供电系统中，电压v(t)和电流i(t)为交流周期信号。假设v(t)的频率为f，周期为t。则有功功率p的定义为：

有：

所以当tc较小时，有：

联立(9)、(10)和(13)，并整理得：

联立(12)和(14)，并整理得：

其中：

在交流供电系统中，通常认为电压和电流的周期保持一致，即tv＝ti＝t，亦fv＝fi＝f。所以，如果固定参数vcc、倍数n、直流偏置电压vdc，则只需获取频率f、导通时间和按公式(15)即可求出有功功率p。

具体实施包括如下步骤：

(1)将电压v(t)进行放大a倍(a≥1或0<a<1)得到信号va(t)，并对va(t)进行叠加vdc得到va(t)+vdc，满足：vcc＞(va(t)+vdc)＞0；

(2)将电流i(t)转换为电压并放大b倍(b≥1或0<b<1)得到信号vb(t)，并对vb(t)进行叠加vdc得到vb(t)+vdc，满足：vcc＞(vb(t)+vdc)＞0；

(3)获取v(t)的频率f；

(4)通过三角波信号发生器产生频率为n×f，幅值为vcc的中心对称三角波vtri；

(5)将vtri与va(t)+vdc进行pwm调制，得到将vtri与vb(t)+vdc进行pwm调制，得到

(6)捕获和的导通时间和并存储到数组，依据公式计算

(7)计算实际有功功率preal＝a×b×p。