一种交流有功功率的测量方法和装置的制造方法_2

文档序号:9578413阅读:来源:国知局
n (2);
[0048] 式⑵中,N为电力信号序列长度,单位无量纲;TS为电力信号对应的输入时间,单 位s;fn为所述预设采样频率,单位Hz。在采样频率fn=ΙΟΚΗζ,输入信号对应的输入时间 Ts= 0. 25s时,则输入信号序列长度N= 2500。
[0049] 在一些实施例中,在不考虑直流成分和谐波成分时,所述电力信号序列表达为式 (3):
[0050] X U(n) = Ucos((〇TM n+φ)
[0051]XI(n) =Icos(ωΤηη+β)
[0052] (3);
[0053] η= 0, 1,2,.....,N_1
[0054] 式⑶中,XU(n)为电压信号序列;U为电压幅值,单位为电压信号初相位, 单位rad;ΧΙ(η)为电流信号序列;I为电流幅值,单位A;β为电流信号初相位,单位rad;ω为信号基波频率,单位rad/s;Tn为采样间隔,单位s;n为序列离散数,单位无量纲;N为 输入信号序列长度。
[0055] 对于步骤S102,可通过零交法对所述电压信号序列或者电流信号序列进行频率测 量,以作为所述初步频率。由于电流信号序列的频率较难测准,优选的,测量电压信号序列 的频率。另外,还可通过本领域技术人员惯用的其他频率测量方法如基于滤波的算法、基 于小波变换算法、基于神经网络的算法、基于DFT变换的频率算法、基于相位差的频率算法 等。对所述输入信号序列进行频率初测,允许频率初测存在±0.25%以内相对误差。
[0056] 所述初步频率表达式为式(4):
[0057] ω。⑷;
[0058] 式⑷中,ω。为初步频率,单位rad/s;
[0059] 对于步骤S103,将所述电压信号序列和电流信号序列同步相乘,得到乘法序列。
[0060] 在一些实施例中,在不考虑直流成分和谐波成分时,所述乘法序列表达为式(5):
[0061]P(n) =XU(η)XI(η)
[0062] (5);
[0063] η= 0, 1,2,.....,Ν_1
[0064] 式(5)中,XU(η)为电压信号序列;XI(η)为电流信号序列;Ρ(η)为所述乘法序列。
[0065] 在一些实施例中,在电力信号序列含有直流成分、谐波成分时,设电力信号序列由 直流、1/3次谐波、1/2次谐波、基波、2次谐波、3次谐波、4次谐波、5次谐波成分所构成,电 压信号序列表达为式(6),电流信号序列表达为式(7):
[0066]
[0067] 式(6)中,XU+(η)为电压信号序列;U。为电压信号中的直流幅值,单位V;Ui为电 压信号中的基波幅值,单位V;U1/3为电压信号中的1/3分次谐波幅值,单位V;U1/2为电压信 号中的1/2分次谐波幅值,单位V办为电压信号中的2次谐波幅值,单位V;U3为电压信号 中的3次谐波幅值,单位V;1]4为电压信号中的4次谐波幅值,单位V;U5为电压信号中的5 次谐波幅值,单位V;ω为信号基波频率,单位rad/S ;Tn为采样间隔,单位s;n为序列离散 数,单位无量纲;N为输入信号序列长度。
[0068]
[0069]式(7)中,ΧΙ+(η)为电流信号序列;I。为电流信号中的直流幅值,单位A;Ii为电 流信号中的基波幅值,单位A;11/3为电流信号中的1/3分次谐波幅值,单位A;1 1/2为电流信 号中的1/2分次谐波幅值,单位A;12为电流信号中的2次谐波幅值,单位A;13为电流信号 中的3次谐波幅值,单位A; 14为电流信号中的4次谐波幅值,单位A; 15为电流信号中的5 次谐波幅值,单位A;ω为信号基波频率,单位rad/S ;Tn为采样间隔,单位s;n为序列离散 数,单位无量纲;N为输入信号序列长度。
[0070] 由式(6)、式(7)可知,电压信号序列与电流信号序列的乘法序列的成分将非常复 杂,为了简化问题,将电压信号序列与电流信号序列的乘法序列简化为式(8):
[0071]P[n] =Ρ〇+Ρ_ [η] (8);
[0072] 式(8)中,Ρ。为直流成分,[η]为混频干扰成分。其中,Ρ。为直流成分为式(9):
[0073]
[0074] 对于步骤S104,根据所述初步频率设置数字陷波参数。
[0075] 优选地,数字陷波具体采用算术平均陷波算法,即将所述乘法序列的若干个连续 离散值相加,然后取其算术平均值作为本次陷波值输出。所述数字陷波参数指平均值陷波 序列长度队,其需要根据对所述输入信号序列进行频率初测得到的初步频率来设置,具 体还需要根据混频频率设置该数字陷波参数。
[0076] 式(7)中的混频干扰成分即为式(6)序列中各频率成分相互混频得到的混频频 率,如表1所示:
[0077]表1
[0078]
[0079]
[0080] 表1中,&。、31/3、31/2、31、32、3 3、34、&5分别代表电压信号中的直流、1/3次谐波、1/2 次谐波、基波、2次谐波、3次谐波、4次谐波、5次谐波频率成分;b。、b1/3、b1/2、bpb2、b3、b4、b5 分别代表电流信号中的直流、1/3次谐波、1/2次谐波、基波、2次谐波、3次谐波、4次谐波、5 次谐波频率成分。
[0081 ] 表1中混频频率分成以基波频率为计算单位,可分为:分次单位混频频率,次单位 混频频率,具体地可分为5类:零频率成分、分母为6的分次单位混频频率、分母为3的分次 单位混频频率、分母为2的分次单位混频频率、次单位混频频率。其中零频率成分为有用成 分,即所述的直流成分,其它的成分均为混频干扰频率成分。
[0082] 队为采用算术平均陷波算法时若干个连续离散值相加的长度,现设NT1为六分之 一初步频率的单位周期序列长度,该序列用于对分母为6的分次单位混频频率进行陷波抑 制,陷波参数计算为式(10):
[0083]
[0084] 式(10)中,int代表取整数,fn为所述预设采样频率,单位Ηζ;ω。为初步频率,单 位rad/s。在采样频率fn=ΙΟΚΗζ,初步频率ω。=l〇〇jirad/s时,则ΝΤ1= 1200。
[0085] 同理,设ΝΤ2为三分之一初步频率的单位周期序列长度时,该序列用于对分母为3 的分次单位混频频率进行陷波抑制,陷波参数计算为式(11):
[0086]
[0087] 式(11)中,int代表取整数,fn为所述预设采样频率,单位Ηζ;ω。为初步频率,单 位rad/s。在采样频率fn=ΙΟΚΗζ,初步频率ω。=l〇〇jirad/s时,则ΝΤ2= 600。
[0088] 同理,设ΝΤ3为二分之一初步频率的单位周期序列长度时,该序列用于对分母为2 的分次单位混频频率和所有次单位混频频率进行陷波抑制。陷波参数计算为式(12):
[0089]
[0090] 式(12)中,int代表取整数,fn为所述预设采样频率,单位Ηζ;ω。为初步频率,单 位rad/s。在采样频率fn=ΙΟΚΗζ,初步频率ω。=l〇〇jTrad/s时,ΝΤ3= 400。
[0091] 对于步骤S105,利用数字陷波参数构造陷波器,利用该陷波器对乘法序列进行数 字陷波,得到数字陷波序列;数字陷波序列终值为所述交流有功功率测量结果。
[0092] 为了提高混频干扰的抑制性能,数字陷波由三种陷波参数的陷波器所构成,三级 数字陷波的表达式为(13):
[0093]
[0094] [Χ1+(η)]2η= 0, 1,2, 3,....,N-1 (13);
[0095]Χ0 (η)η= 0, 1, 2, 3, . . . . ,Ν_ΝΤ1_ΝΤ2_ΝΤ3_1
[0096] 式(13)中,X?为输出的数字陷波序列、序列长度为Ν-Τη-Ττ2-Ττ3_1。ΝΤ1为数字 陷波参数1,ΝΤ2为数字陷波参数2,ΝΤ3为数字陷波参数3。
[0097] 在一些实施例中,数字陷波参数NT1取值为六分之一参考频率的单位周期序列长 度、NT2取值为三分之一参考频率的单位周期序列长度、NT3取值为二分之一参考频率的单位 周期序列长度。在三级数字陷波参数NT1= 1200、NT2= 600、NT3= 400时,得到三级数字陷 波域幅频特性仿真图,如图2所示。
[0098] 在频率初测没有误差、三级数字陷
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