專利名稱：一種電力系統(tǒng)時(shí)變功率的實(shí)時(shí)測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)中功率的測(cè)量方法，特別是一種從電力系統(tǒng)中任意端口處進(jìn)行時(shí)變功率的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電能已經(jīng)成為最重要的能源之一。作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的電力工業(yè)，在發(fā)電、輸電和用電方面均需要對(duì)電能進(jìn)行準(zhǔn)確合理的測(cè)量，這關(guān)系到電力用戶和電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益及交易的公平性，也是系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的基礎(chǔ)。隨著電網(wǎng)的發(fā)展，電力負(fù)荷急劇增長(zhǎng)的同時(shí)，電力電子器件、電弧爐、電力機(jī)車、家用電器等非線性、沖擊性、不對(duì)稱負(fù)荷大量地投入使用，這些負(fù)荷不僅對(duì)電網(wǎng)的諧波污染日益嚴(yán)重，而且造成很大的計(jì)量誤差，使得傳統(tǒng)的基于周期性的正弦信號(hào)的功率測(cè)量技術(shù)不再適用。瞬時(shí)功率包括有瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率。目前，全世界統(tǒng)一實(shí)行采用的瞬時(shí)功率的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)是由美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)制定的標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE標(biāo)準(zhǔn)。它屬于一種頻域功率，僅適用于周期性變化的電信號(hào)。由于目前電力系統(tǒng)中，非線性、不對(duì)稱和沖擊性的負(fù)荷的大量投入使用，致使電力系統(tǒng)的電信號(hào)時(shí)時(shí)出現(xiàn)非正弦的電信號(hào)，無(wú)論是周期性的電信號(hào)，還是非周期性的電信號(hào)，按照IEEE標(biāo)準(zhǔn)，所測(cè)量計(jì)算的瞬時(shí)無(wú)功功率誤差很大， 如圖2和圖4所示；而瞬時(shí)有功功率均能夠準(zhǔn)確測(cè)量計(jì)算。瞬時(shí)無(wú)功功率測(cè)量計(jì)算準(zhǔn)確性過(guò)低，就會(huì)導(dǎo)致無(wú)法對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行有效的無(wú)功補(bǔ)償和系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制，極可能使電力系統(tǒng)失穩(wěn)，造成系統(tǒng)癱瘓形成重大電力事故。因此，準(zhǔn)確地測(cè)量電力系統(tǒng)任意端口處的瞬時(shí)功率，特別是準(zhǔn)確測(cè)量瞬時(shí)無(wú)功功率，是本領(lǐng)域的技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。本發(fā)明所述的時(shí)變功率指的就是瞬時(shí)功率，它包括有時(shí)變有功功率和時(shí)變無(wú)功功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種電力系統(tǒng)時(shí)變功率的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，無(wú)論是周期性的電信號(hào)，還是非周期性的電信號(hào)，它均能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量時(shí)變功率，不僅能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量時(shí)變有功功率，更重要的是能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確測(cè)量時(shí)變無(wú)功功率，為電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償和系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本發(fā)明的目的是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，它包括有如下的步驟(1)、采集端口的電信號(hào)11(0」(0 用信號(hào)采集器實(shí)時(shí)測(cè)量端口上任何一處的電信號(hào)，即通過(guò)端口處的電壓瞬時(shí)信號(hào)u(t)和電流瞬時(shí)信號(hào)i(t)，從而獲得N組隨時(shí)間變化且成雙配對(duì)的一系列電信號(hào)u(t)、i(t)的序列值，測(cè)量電信號(hào)u(t)、i(t)的時(shí)間間隔為T，且0.05ms彡T彡5ms， 100 ^ N ^ 10000 ；(2)、計(jì)算出第一電壓參數(shù)系數(shù)Au(t)、第二電壓參數(shù)系數(shù)Bu(t)、第一電流參數(shù)系數(shù)Ai (t)、第二電流參數(shù)系數(shù)Bi (t)①、計(jì)算第一電壓參數(shù)系數(shù)Au (t)、第二電壓參數(shù)系數(shù)Bu (t)
將步驟(1)獲取的N個(gè)電壓瞬時(shí)信號(hào)u(t)序列值依次輸入到快速傅里葉變換器 (FFT)中，經(jīng)快速傅里葉變換器(FFT)處理后，輸出電壓信號(hào)的直流分量U。，同時(shí)輸出N-I組電壓信號(hào)的kHz諧波分量的電壓幅值Uk和電壓相位電壓直流分量U。、電壓幅值Uk和電壓相位Vku滿足如下的表達(dá)式
權(quán)利要求
1. 一種電力系統(tǒng)時(shí)變功率的實(shí)時(shí)測(cè)量方法。它包括有如下的步驟(1)、采集端口的電信號(hào)11(0」(0 用信號(hào)采集器實(shí)時(shí)測(cè)量端口上任何一處的電信號(hào)，即通過(guò)端口處的電壓瞬時(shí)信號(hào)u (t) 和電流瞬時(shí)信號(hào)i(t)，從而獲得N組隨時(shí)間變化且成雙配對(duì)的一系列電信號(hào)u (t)、i(t)的序列值，測(cè)量電信號(hào)u (t)、i (t)的時(shí)間間隔為T，且0. 05ms彡T彡5ms, 100 ^ N ^ 10000 ；O)、計(jì)算出第一電壓參數(shù)系數(shù)Au(t)、第二電壓參數(shù)系數(shù)Bu(t)、第一電流參數(shù)系數(shù) Ai (t)、第二電流參數(shù)系數(shù)Bi (t)①、計(jì)算第一電壓參數(shù)系數(shù)Au(t)、第二電壓參數(shù)系數(shù)Bu(t)將步驟⑴獲取的N個(gè)電壓瞬時(shí)信號(hào)u (t)序列值依次輸入到快速傅里葉變換器(FFT) 中，經(jīng)快速傅里葉變換器(FFT)處理后，輸出電壓信號(hào)的直流分量Utl，同時(shí)輸出N-I組電壓信號(hào)的kHz諧波分量的電壓幅值Uk和電壓相位Ψ。電壓直流分量Uci、電壓幅值Uk和電壓相位Vku滿足如下的表達(dá)式N-Iu (t) =U0+Σ Uk sin(okt+ ￥ku) k=l式中《1;是詘2諧波分量的角頻率，且Qk = kX2Ji (rad/s)，其中，k= 1,2,3……，N-I ；將得到的直流分量Utl、電壓幅值Uk和電壓相位代入如下的公式中，分別計(jì)算出t 時(shí)刻的第一電壓參數(shù)系數(shù)Au(t)和第二電壓參數(shù)系數(shù)Bu (t)N-IAu (t) =U0Cos ω got+ Σ Uk sin (( ω k-ω 50) t+ ￥ku) k=lN-IBu (t) =U0Sin ω got+Σ Uk cos (( ω k-ω 50) t+ ￥ku) k=l式中ω5(1是電信號(hào)的基波角頻率，且ω5。= 50X2 π (rad/s) = IOOji (rad/s)；第一電壓參數(shù)系數(shù)Au(t)和第二電壓參數(shù)系數(shù)Bu(t)滿足電壓瞬時(shí)信號(hào)u(t)的瞬變正弦函數(shù)表達(dá)式:u(t) = Au (t) cos ω 50t+Bu(t) sin ω 50t ；②、計(jì)算第一電流參數(shù)系數(shù)Ai(t)、第二電流參數(shù)系數(shù)Bi (t)將步驟(1)獲取的N個(gè)電流瞬時(shí)信號(hào)i(t)序列值依次輸入到快速傅里葉變換器(FFT) 中，經(jīng)快速傅里葉變換器(FFT)處理后，輸出電流信號(hào)的直流分量Itl,同時(shí)輸出N-I組電流信號(hào)的kHz諧波分量的電流幅值Ik和電流相位ΨΛ電流直流分量Itl、電流幅值Ik和電流相位IlV滿足如下的表達(dá)式N-Ii (t) =I0+ Σ Ik sin ( ω kt+ Fk1) k=l將得到的直流分量Ιο、電流幅值Ik和電流相位Vki代入如下的公式中，分別計(jì)算出t 時(shí)刻的第一電流參數(shù)系數(shù)Ai⑴和第二電流參數(shù)系數(shù)Bi (t)N-IAi (t) =I0COS ω sot+ Σ Ik sin (( ω k- ω 50) t+ Fk1) k=lN-IBi (t) =I0Sin ω 50t+ Σ Ik cos (( ω「ω 50) t+ Fk1)第一電流參數(shù)系數(shù)AJt)和第二電流參數(shù)系數(shù)Bi (t)滿足電流瞬時(shí)信號(hào)i(t)的瞬變正弦函數(shù)表達(dá)式i (t) = Ai (t) cos ω ^t+Bi (t) sin ω 50t ；(3)、計(jì)算出該端口處每一時(shí)刻的時(shí)變有功功率P(t)和時(shí)變無(wú)功功率Q(t) 將步驟(2)得到的第一電壓參數(shù)系數(shù)Au(t)、第二電壓參數(shù)系數(shù)Bu(t)、第一電流參數(shù)系數(shù)Ai (t)、第二電流參數(shù)系數(shù)Bi (t)代入下列公式中計(jì)算 P(t) = [Au (t) Ai (t)+Bu (t) BiU)]/2 Q(t) = [Au WBi W-Ai (t)Bu(t)]/2通過(guò)上式計(jì)算，即能準(zhǔn)確地測(cè)量出該端口任意t時(shí)刻的時(shí)變有功功率P(t)和時(shí)變無(wú)功功率Q(t)。
2.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)時(shí)變功率的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于測(cè)量電信號(hào) u(t)、i (t)的時(shí)間間隔T為0. 05ms。
3.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)時(shí)變功率的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于測(cè)量電信號(hào) u(t)、i (t)的時(shí)間間隔T為0. 5ms。
4.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)時(shí)變功率的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于測(cè)量電信號(hào) u(t)、i(t)的時(shí)間間隔T為5ms。
全文摘要
一種電力系統(tǒng)時(shí)變功率的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，它包括有如下步驟采集端口處的電信號(hào)u(t)、i(t)，測(cè)量第一電壓參數(shù)系數(shù)Au(t)、第二電壓參數(shù)系數(shù)Bu(t)、第一電流參數(shù)系數(shù)Ai(t)、第二電流參數(shù)系數(shù)Bi(t)，得到電信號(hào)u(t)、i(t)的正弦表達(dá)式，從而準(zhǔn)確地測(cè)量出該端口每一時(shí)刻的時(shí)變有功功率P(t)和時(shí)變無(wú)功Q(t)。無(wú)論是周期性的電信號(hào)，還是非周期性的電信號(hào)，本發(fā)明均可以準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)測(cè)量時(shí)變有功功率和時(shí)變無(wú)功功率，準(zhǔn)確度在98%以上，可為電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償和系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G01R21/06GK102445595SQ20111028644
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者仇淑敏, 馮樹輝, 唐昆明, 姜杰, 孫小江, 張?zhí)? 張捷, 朱特, 李閻君, 殷家敏, 王洪亮, 王洪彬, 王鵬, 羅建, 趙廣泉, 黃煉 申請(qǐng)人:重慶大學(xué), 重慶市電力公司長(zhǎng)壽供電局, 重慶新世杰電氣股份有限公司