專利名稱：一種諧波電能的檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種諧波電能的檢測方法。
背景技術(shù)：
隨著城市軌道交通、高鐵、變頻控制技術(shù)發(fā)展和廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)負(fù)載的非線性因素越來越高。非線性負(fù)載會產(chǎn)生大量的諧波并注入電網(wǎng)，使得電力系統(tǒng)中的電壓和電流波形產(chǎn)生嚴(yán)重畸變，不僅對供電系統(tǒng)造成污染，對供電設(shè)備構(gòu)成危害，而且產(chǎn)生諧波的非線性用戶將其吸收的一部分基波電能轉(zhuǎn)化為諧波電能，造成供電企業(yè)線損增加，電力營運企業(yè)非經(jīng)營性成本增加。為此有必要研究諧波影響下的電能計量方式，以確保電能計量準(zhǔn)確，保障電力營運企業(yè)的經(jīng)營成本。電能表目前的電能計量是電力系統(tǒng)收費的依據(jù)。目前安裝使用的電能表一般為全電子式電能表，其主要功能是計量基波電度量。在電網(wǎng)中無論諧波流向如何，當(dāng)諧波負(fù)載流向電網(wǎng)時，實際是負(fù)載將電網(wǎng)中的基波經(jīng)過濾波后，形成的諧波電流反送回電網(wǎng)。全電子式電能表將負(fù)載消耗的基波的有功電能和諧波源向電網(wǎng)返送的諧波有功電能進(jìn)行代數(shù)相加， 使得記錄的能量比負(fù)載消耗的基波有功電量還要小，這是全電子式電量表計量原理上的不足之處。另外一種采用的普通電能表是靠電磁感應(yīng)來產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩的，用轉(zhuǎn)盤所轉(zhuǎn)的圈數(shù)來計量的，計量精度較低但是成本也低。現(xiàn)有研究表明，對同一計量點，在諧波超過國標(biāo)規(guī)定時，采用相同準(zhǔn)確級別的全電子式電能表和普通電能表，計量電能量是有較大差別的；對大功率變流設(shè)備、電弧爐等產(chǎn)生高次諧波的電力負(fù)載用戶，為了只記錄負(fù)荷消耗的基波有功電能，用普通電磁式電能表比用同準(zhǔn)確級別的全電子式電能表更合理。但是，無論電磁式電能表還是全電子式電能表，在諧波工況下的計量誤差均較大。目前具有計量諧波分量電能的多功能電度表是對諧波較大用戶能精確計量的最佳選擇，但該計量表成本高、價格貴，不宜普及。只有當(dāng)檢測到用戶的諧波量已經(jīng)影響到計量狀況，并且在安裝該具有計量諧波分量電能的多功能電度表獲得的效益高于它的成本時，才應(yīng)當(dāng)選用該多功能電度表進(jìn)行計量。非線性用戶作為諧波源，發(fā)出諧波功率，不僅對電網(wǎng)造成危害，同時還少交了電費。因此，對供電企業(yè)來說，什么時候選用最合適的電能表計量電量，是一個需要解決的問題。以往在檢測諧波時，只對電壓總諧波畸變率、各次諧波電壓含有率以及各次諧波電流允許值進(jìn)行分析，忽略了對諧波電能的研究，所以難以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于從諧波電度量角度出發(fā)，通過對各次諧波電度量及各次諧波總電量來分析用戶諧波電量。提供一種現(xiàn)有諧波測量技術(shù)中對電壓總諧波畸變率、各次諧波電壓含有率以及各次諧波電流允許值來判斷諧波是否合理的補充檢測方法。不僅能進(jìn)行諧波分析和諧波功率的運算，還能通過計算1-64次各諧波電度量得到諧波電量和，對分析線損有著重大的意義。
實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種諧波電能的檢測方法，檢測諧波并獲得諧波波形和諧波功率，所述檢測方法還通過計算1-64次各諧波電度量獲得諧波電量和。上述的諧波電能的檢測方法，其中，所述檢測方法通過計算1-64次各諧波電度量獲得諧波電量和，步驟如下A，將在采樣點獲得的采樣進(jìn)行濾波；B，對濾波后的采樣進(jìn)行FFT運算；C，根據(jù)得到的FFT運算的結(jié)果進(jìn)行電能量運算；D，根據(jù)得到的電能量運算的結(jié)果，通過計算得到1-64次各諧波電度量；E，根據(jù)1-64次各諧波電度量，計算并獲得諧波電量和。上述的諧波電能的檢測方法，其中，所述的采樣是指電壓總諧波畸變率、各次諧波電壓含有率以及各次諧波電流允許值。上述的諧波電能的檢測方法，其中，所述檢測方法具體包括下列步驟步驟S0，開始步驟，進(jìn)行實時參數(shù)檢測；步驟SI，打開數(shù)據(jù)讀取中斷，準(zhǔn)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；步驟S2，進(jìn)行一輪的數(shù)據(jù)采集，并等待數(shù)據(jù)采集完畢，在等待的過程中不讀取采樣點新的采樣；以數(shù)據(jù)采集結(jié)束標(biāo)志為等待結(jié)束標(biāo)志；步驟S3，根據(jù)是否等到數(shù)據(jù)采集結(jié)束標(biāo)志，來判斷數(shù)據(jù)是否采集結(jié)束，若是，則進(jìn)入步驟S4 ;否則，返回步驟S3 ；步驟S4,開始新一輪數(shù)據(jù)采集，讀取采樣點N采樣，N為正整數(shù)，并將該N采樣按序列分組；步驟步驟步驟步驟步驟步驟步驟步驟
S5，判斷是否進(jìn)行諧波分析，若是，進(jìn)入步驟S51 ;若否，進(jìn)入步驟S6 ；
S51，對分組后的N采樣進(jìn)行濾波處理；
S52，對濾波后的N采樣進(jìn)行FFT運算；
S53，根據(jù)步驟S52的運算結(jié)果顯示波形，并進(jìn)入步驟S8 ；
S6，判斷是否計算諧波功率，若計算，進(jìn)入步驟S61 ;否則進(jìn)入步驟S7 ；
S61，對分組后的N采樣進(jìn)行濾波處理；
S62，對濾波后的N采樣進(jìn)行FFT運算；
S63，根據(jù)步驟S62的運算結(jié)果顯示2-64次諧波含量(W)，即2_64次各諧波
的諧波功率，并進(jìn)入步驟S8;步驟S7，判斷是否進(jìn)行諧波電能計算，若是，進(jìn)入步驟S71 ;若否，進(jìn)入步驟S5 ；步驟S71，對分組后的N采樣進(jìn)行濾波處理；步驟S72，對濾波后的N采樣進(jìn)行FFT運算；步驟S73，根據(jù)步驟S72的運算結(jié)果進(jìn)行電能量運算；步驟S74，根據(jù)步驟S73的運算結(jié)果，通過計算得到1_64次各諧波電度量；步驟S75，根據(jù)步驟S74得到的1_64次各諧波電度量，得到諧波電量和，進(jìn)入步驟 S8 ；步驟S8，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；步驟S9，數(shù)據(jù)采集結(jié)束，并生成數(shù)據(jù)采集結(jié)束標(biāo)志，返回步驟S2。
上述的諧波電能的檢測方法，其中，所述的采樣是指電壓總諧波畸變率、各次諧波電壓含有率以及各次諧波電流允許值。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明從諧波電度量角度出發(fā)，通過對各次諧波電度量及各次諧波總電量來分析用戶諧波電量，對分析線損有著重大的意義，是現(xiàn)有諧波測量技術(shù)中對電壓總諧波畸變率、各次諧波電壓含有率以及各次諧波電流允許值來判斷諧波是否合理的補充檢測方法。本發(fā)明不僅能進(jìn)行諧波分析和諧波功率的運算，對電壓總諧波畸變率、 各次諧波電壓含有率以及各次諧波電流允許值進(jìn)行分析，還通過計算得到1-64次各諧波電度量以及諧波電量和，對分析線損有著重大的意義，從而快速診斷出諧波工況下所用電能表計量的誤差。根據(jù)上述分析結(jié)果確定是否采用其他電能表或者其他形式的計量方式， 為供電企業(yè)提高效益，減少因非線性用戶帶來的損失，保障電力營運企業(yè)的經(jīng)營成本，有較大的經(jīng)濟(jì)實用型，并為治理諧波提供依據(jù)，減少線損量。


圖I是一種諧波檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的諧波電能的檢測方法的具體實施例的流程圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明采集電壓總諧波畸變率、各次諧波電壓含有率和各次諧波電流允許值采， 獲取諧波波形和諧波功率，主要還通過計算獲得1-64次各諧波電度量以及諧波電量和。計算1-64次各諧波電度量獲得諧波電量和的具體步驟如下A，將在采樣點獲得的采樣進(jìn)行濾波；其中，采樣點一般指電能表附近；采樣指電壓總諧波畸變率、各次諧波電壓含有率以及各次諧波電流允許值；B,對濾波后的采樣進(jìn)行FFT運算；FFT指快速傅里葉變換；C，根據(jù)得到的FFT運算的結(jié)果進(jìn)行電能量運算；D，根據(jù)得到的電能量運算的結(jié)果，通過計算得到1-64次各諧波電度量；E，根據(jù)1-64次各諧波電度量，計算并獲得諧波電量和。請參閱圖1，本發(fā)明諧波電能的檢測方法基于的諧波檢測系統(tǒng)，包括依次連接的信號調(diào)制電路I、濾波電路2、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器3、雙口 RAM(隨機存儲器)4和CPU(中央處理器)5、分別連接信號調(diào)制電路I的電壓傳感器6和電流傳感器7、與CPU5分別連接的存儲器8、鍵盤9、顯示屏10、USB (通用串行總線)接口 11、串行通信接口 12和復(fù)位電路13、分別連接模/數(shù)轉(zhuǎn)換器3和雙口 RAM4的CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)14、連接信號調(diào)制電路 I和CPLD14的硬件同步電路15以及連接硬件同步電路15的硬件時鐘16，其中信號調(diào)制電路I將電壓傳感器6采集的電壓和電流傳感器7采集的電流進(jìn)行調(diào)制，并將調(diào)制后的信號分兩路傳送一路送給濾波電路2濾去諧波，然后經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器3 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，該數(shù)字信號通過雙口 RAM4傳給CPU5的同時傳給CPLD14 ;另一路經(jīng)硬件同步電路15傳輸給CPLD14 ；CPLD14與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器3相連，將CPLD14接收或者發(fā)出的信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換；CPLD14與CPU5通過雙口 RAM4進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享和交互，依次通過FFT運算和電能量運算，其中FFT指快速傅里葉變換，從而得到1-64各次諧波電度量，然后得到諧波電量和，并將所得數(shù)據(jù)存入雙口 RAM4 ；存儲器8為外部可擴(kuò)展的存儲器；鍵盤9和顯示屏10實現(xiàn)人機交互；串行通信接口 12為RS485接口或者RS232接口，USB接口 11和串行通信接口 12 實現(xiàn)本系統(tǒng)與外部的通信；復(fù)位電路13用于將CPU5復(fù)位；硬件同步電路15和硬件時鐘16 用于給CPLD14提供同步時鐘。
驟
請參閱圖2，為本發(fā)明的具體實施例，本發(fā)明的諧波電能的檢測方法包括下列步
步驟S0，開始步驟，進(jìn)行實時參數(shù)檢測；
步驟SI，打開數(shù)據(jù)讀取中斷，準(zhǔn)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；
步驟S2，進(jìn)行一輪的數(shù)據(jù)采集，并等待數(shù)據(jù)采集完畢，在等待的過程中不讀取采樣
點新的采樣；以數(shù)據(jù)采集結(jié)束標(biāo)志為等待結(jié)束標(biāo)志；步驟S3，根據(jù)是否等到數(shù)據(jù)采集結(jié)束標(biāo)志，來判斷數(shù)據(jù)是否采集結(jié)束，若是，則進(jìn)入步驟S4 ;否則，返回步驟S3 ；步驟S4,開始新一輪數(shù)據(jù)采集，讀取采樣點N采樣，N為正整數(shù)，并將該N采樣按序列分組；采樣指電壓總諧波畸變率、各次諧波電壓含有率以及各次諧波電流允許值；步驟S5，判斷是否進(jìn)行諧波分析，若是，進(jìn)入步驟S51 ;若否，進(jìn)入步驟S6 ；步驟S51，對分組后的N采樣進(jìn)行濾波處理；步驟S52，對濾波后的N采樣進(jìn)行FFT運算；步驟S53，根據(jù)步驟S52的運算結(jié)果顯示波形，并進(jìn)入步驟S8 ；步驟S6，判斷是否計算諧波功率，若計算，進(jìn)入步驟S61 ;否則進(jìn)入步驟S7 ；步驟S61，對分組后的N采樣進(jìn)行濾波處理；步驟S62，對濾波后的N采樣進(jìn)行FFT運算；步驟S63，根據(jù)步驟S62的運算結(jié)果顯示2_64次諧波含量(W)，即2_64次各諧波的諧波功率，并進(jìn)入步驟S8; S8 ；
步驟S7，判斷是否計算諧波電能，若是，進(jìn)入步驟S71 ;否則進(jìn)入步驟S5 ；
步驟S71，對分組后的N采樣進(jìn)行濾波處理；
步驟S72，對濾波后的N采樣進(jìn)行FFT運算；
步驟S73，根據(jù)步驟S72的運算結(jié)果進(jìn)行電能量運算；
步驟S74，根據(jù)步驟S73的運算結(jié)果，通過計算得到1-64次各諧波電度量；
步驟S75，根據(jù)步驟S74得到的1-64次各諧波電度量，得到諧波電量和，進(jìn)入步驟
步驟S8，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；可以隨時調(diào)用存儲的數(shù)據(jù)，分析諧波；
步驟S9，數(shù)據(jù)采集結(jié)束，并生成數(shù)據(jù)采集結(jié)束標(biāo)志，返回步驟S2。
然后，工作人員可以根據(jù)得到的1-64各次諧波電度量以及諧波電量和，快速診斷出諧波工況下所用電能表計量的誤差，從而確定是否采用其他電能表或者其他形式的計量方式；例如，原先采用全電子式電能表進(jìn)行計量，現(xiàn)經(jīng)過檢測得到諧波電量和，根據(jù)該諧波電量和發(fā)現(xiàn)因計量原因造成的損失，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于具有計量諧波分量電能的多功能電度表的成本，因此然后立即選用多功能電度表進(jìn)行計量。
綜上所述，本發(fā)明不僅對電壓總諧波畸變率、各次諧波電壓含有率以及各次諧波電流允許值進(jìn)行分析，還通過計算得到1-64各次諧波電度量以及諧波電量和，從而根據(jù)結(jié)果快速診斷出諧波工況下所用電能表計量的誤差，確定是否采用其他電能表或者其他形式的計量方式，為供電企業(yè)提高效益，減少因非線性用戶帶來的損失，有較大的經(jīng)濟(jì)實用型， 并為治理諧波提供依據(jù)，減少線損量。以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限定。
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權(quán)利要求
1.一種諧波電能的檢測方法，檢測諧波并獲得諧波波形和諧波功率，其特征在于，所述檢測方法還通過計算1-64次各諧波電度量獲得諧波電量和。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧波電能的檢測方法，其特征在于，所述檢測方法通過計算 1-64次各諧波電度量獲得諧波電量和，步驟如下A，將在采樣點獲得的采樣進(jìn)行濾波；B，對濾波后的采樣進(jìn)行FFT運算；C，根據(jù)得到的FFT運算的結(jié)果進(jìn)行電能量運算；D，根據(jù)得到的電能量運算的結(jié)果，通過計算得到1-64次各諧波電度量；E，根據(jù)1-64次各諧波電度量，計算并獲得諧波電量和。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的諧波電能的檢測方法，其特征在于，所述的采樣是指電壓總諧波畸變率、各次諧波電壓含有率以及各次諧波電流允許值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧波電能的檢測方法，其特征在于，所述檢測方法具體包括下列步驟步驟S0，開始步驟，進(jìn)行實時參數(shù)檢測；步驟SI，打開數(shù)據(jù)讀取中斷，準(zhǔn)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；步驟S2，進(jìn)行一輪的數(shù)據(jù)采集，并等待數(shù)據(jù)采集完畢，在等待的過程中不讀取采樣點新的采樣；以數(shù)據(jù)采集結(jié)束標(biāo)志為等待結(jié)束標(biāo)志；步驟S3，根據(jù)是否等到數(shù)據(jù)采集結(jié)束標(biāo)志，來判斷數(shù)據(jù)是否采集結(jié)束，若是，則進(jìn)入步驟S4 ;否則，返回步驟S3 ；步驟S4，開始新一輪數(shù)據(jù)采集，讀取采樣點N采樣，N為正整數(shù)，并將該N采樣按序列分組；步驟S5，判斷是否進(jìn)行諧波分析，若是，進(jìn)入步驟S51 ;若否，進(jìn)入步驟S6 ；步驟S51，對分組后的N采樣進(jìn)行濾波處理；步驟S52，對濾波后的N采樣進(jìn)行FFT運算；步驟S53，根據(jù)步驟S52的運算結(jié)果顯示波形，并進(jìn)入步驟S8 ；步驟S6，判斷是否計算諧波功率，若計算，進(jìn)入步驟S61 ;否則進(jìn)入步驟S7 ；步驟S61，對分組后的N采樣進(jìn)行濾波處理；步驟S62，對濾波后的N采樣進(jìn)行FFT運算；步驟S63，根據(jù)步驟S62的運算結(jié)果顯示2-64次諧波含量(W)，即2_64次各諧波的諧波功率，并進(jìn)入步驟S8 ；步驟S7，判斷是否進(jìn)行諧波電能計算，若是，進(jìn)入步驟S71 ;若否，進(jìn)入步驟S5 ；步驟S71，對分組后的N采樣進(jìn)行濾波處理；步驟S72，對濾波后的N采樣進(jìn)行FFT運算；步驟S73，根據(jù)步驟S72的運算結(jié)果進(jìn)行電能量運算；步驟S74，根據(jù)步驟S73的運算結(jié)果，通過計算得到1-64次各諧波電度量；步驟S75，根據(jù)步驟S74得到的1-64次各諧波電度量，得到諧波電量和，進(jìn)入步驟S8 ； 步驟S8，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；步驟S9，數(shù)據(jù)采集結(jié)束，并生成數(shù)據(jù)采集結(jié)束標(biāo)志，返回步驟S2。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的諧波電能的檢測方法，其特征在于，所述的采樣是指電壓總諧波畸變率、各次諧波電壓含有率以及各次諧波電流允許值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種諧波電能的檢測方法，檢測諧波并獲得諧波波形和諧波功率。該檢測方法還通過計算1-64次各諧波電度量獲得諧波電量和，步驟為將在采樣點獲得的采樣進(jìn)行濾波；對濾波后的采樣進(jìn)行FFT運算；根據(jù)得到的FFT運算的結(jié)果進(jìn)行電能量運算；根據(jù)得到的電能量運算的結(jié)果，通過計算得到1-64次各諧波電度量；根據(jù)1-64次各諧波電度量，計算并獲得諧波電量和。本發(fā)明可以計算1-64次各諧波電度量，還能計算得到諧波電量和，對用戶產(chǎn)生的諧波是否影響供電量有著重大的意義，并可以通過測量數(shù)據(jù)來決策是否對已經(jīng)產(chǎn)生諧波用戶但未超越國標(biāo)《GB/T14549-1993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的規(guī)定用戶加裝具有計量諧波分量電能的多功能電度表，以減少線損。
文檔編號G01R23/165GK102608423SQ201210088020
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者孫雁平, 汪艦, 陳明 申請人:上海天鈿通網(wǎng)絡(luò)科技發(fā)展有限公司, 上海市電力公司, 上海電力通信有限公司