CN104076317A - 电力谐波引起的电子式电能表计量误差分析校正系统 - Google Patents

电力谐波引起的电子式电能表计量误差分析校正系统 Download PDF

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李宏仲
王红
潘伟国
史伟伟
徐国富
王承民
陆达
黄起强
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Abstract

本发明的电力谐波引起的电子式电能表计量误差分析校正系统包括数据采集模块、计量误差分析模块和报表管理模块；所述数据采集模块采集电力谐波监测数据和基波电量数据，并传输给所述计量误差分析模块；所述计量误差分析模块对所述数据采集模块传输来的数据进行分析计算，获得电子式电能计量表的计量误差，以确定电子式电能计量表的误差校正数据，纠正电子式电能计量表的计量误差；所述报表管理模块读取所述所述数据采集模块采集的电力谐波监测数据和基波电量数据、以及所述计量误差分析模块给出的误差校正数据，实现上述数据的查询、显示和打印。

Description

电力谐波引起的电子式电能表计量误差分析校正系统
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种电力谐波引起的电子式电能表计量误差分析校正系统。
背景技术
随着电力电子技术的不断发展，各类电力电子设备的应用也日益增多。在地区电网中的各类换流设备、调压装置、变频装置等非线性负荷也越来越多，这些装置在给人们提供可靠、方便的理想工作电源的同时，也给电网带来了谐波污染。谐波污染不仅会给电网造成严重的危害，还将影响用户的电能计量。
电能计量是电力系统收费的依据，不但直接关系到电力系统和电力用户的经济效益，也会对电力系统中许多技术指标的计算产生影响。目前电子式电能计量表计在我国的应用越来越广泛，而电网中谐波的存在，使电子式电能计量的准确性与合理性大受影响，直接影响供、用电双方的经济利益及电力交易的公平性。因此，有必要对谐波造成的电子式电能表的计量误差进行校正分析。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电力谐波引起的电子式电能表计量误差分析校正系统，该系统首先对中低压配电网络中的电力谐波进行测量，然后根据电力负荷数据和电力谐波数据，对电子式电能计量表的计量结果做误差分析，并给出误差校正结果。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的电力谐波引起的电子式电能表计量误差分析校正系统包括：数据采集模块、计量误差分析模块和报表管理模块；所述数据采集模块采集电力谐波监测数据和基波电量数据，并传输给所述计量误差分析模块；所述计量误差分析模块对所述数据采集模块传输来的数据进行分析计算，获得电子式电能计量表的计量误差，以确定电子式电能计量表的误差校正数据，纠正电子式电能计量表的计量误差；所述报表管理模块读取所述所述数据采集模块采集的电力谐波监测数据和基波电量数据、以及所述计量误差分析模块给出的误差校正数据，实现上述数据的查询、显示和打印。
上述电力谐波引起的电子式电能表计量误差分析校正系统，其中，所述计量误差分析模块采用基于中心聚类理论的梯度优化算法对采集的电力谐波监测数据中的孤立点进行识别和修正，识别和修正后的结果采用基于回归技术的空缺值填充方法填充采集过程中出现的空缺值。
上述电力谐波引起的电子式电能表计量误差分析校正系统，其中，所述计量误差分析模块根据数据采集模块采集的基波电量数据和电力谐波数据，确定3至25次奇数次谐波的功率方向和幅值；然后计算出各次谐波的电量数据；基波电量数据与谐波功率方向同基波功率反向的奇数次谐波电量数据累加和为实际用户所消耗的总电量数据，该总电量数据同电子式电能计量表计的计量结果的差值即为电力谐波造成的电子式计量表计的计量误差。
上述电力谐波引起的电子式电能表计量误差分析校正系统，其中，所述数据采集模块包括电压电流传感器、信号调整和A/D转换器和FPGA处理模块；所述电压电流传感器首先对所采集到的强电数据信号做低通滤波，以滤除信号中频率高于采样频率一半的分量；然后将所采集到的强电数据信号转换为弱电数据信号，并对采样的弱电数据信号进行校准，使采样弱电数据信号满足幅频特性的要求；所述信号调整和A/D转换器对弱电数据信号进行模数转换后送入所述FPGA处理模块进行运算处理，得到电压、电流信号的频域功率谱数据。
上述电力谐波引起的电子式电能表计量误差分析校正系统，其中，所述FPGA处理模块包括接口电路、FIFO缓存器、FLASH、FFT处理器、PowerPC硬核、DRAM，以及网络接口、LCD接口、USB接口和串行接口；所述接口电路用于接收所述信号调整和A/D转换器传输来的数据信号；所述FIFO缓存器用于对所述接口电路接收到的数据信号进行缓冲存储；所述FFT处理器用于完成对数据信号的去直流、加窗、FFT、模平方运算处理步骤，得到电压、电流信号的频域功率谱数据，并将处理过后的数据信号传送到PowerPC硬核；所述FLASH对经所述FFT处理器处理过后的数据信号进行存储；所述DRAM用于存储所述FFT处理器在处理过程中形成的临时性数据；所述PowerPC硬核用于接收所述FFT处理器输出的数据信号，并将数据信号传输至网络接口、LCD接口、USB接口和串行接口，同时，所述PowerPC硬核用于控制接口电路、FIFO缓存器、FLASH、FFT处理器、PowerPC硬核和DRAM的运行；网络接口、LCD接口、USB接口和串行接口用于接收所述PowerPC硬核传输的数据信号，并传送至所述计量误差分析模块。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明中综合考虑了中低压配电网络实时监测电力谐波数据和基波电量数据等，能够对中低压配电网络中实际应用的电子式计量表计由于电力谐波所造成的计量误差进行实时分析，本发明可以实现现场就地分析，也可以在标准实验条件下进行实验分析。
附图说明
图1是本发明实施例的电力谐波引起的电子式电能表计量误差分析校正系统的结构框图；
图2是本发明中数据采集模块的硬件结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例的电力谐波引起的电子式电能表计量误差分析校正系统包括：数据采集模块1、计量误差分析模块2和报表管理模块3；
所述数据采集模块1采集电力谐波监测数据和基波电量数据，并传输给所述计量误差分析模块2；
所述计量误差分析模块2对所述数据采集模块1传输来的数据进行分析计算，获得电子式电能计量表的计量误差，以确定电子式电能计量表的误差校正数据，纠正电子式电能计量表的计量误差；
所述报表管理模块3读取所述所述数据采集模块1采集的电力谐波监测数据和基波电量数据、以及所述计量误差分析模块2给出的误差校正数据，实现上述数据的查询、显示和打印。
所述数据采集模块1包括：电压电流传感器、信号调整和A/D转换器(Analog Signal模拟信号/Digital Signal数字信号转换器)和FPGA处理模块；
所述电压电流传感器首先对所采集到的强电数据信号(包括电压和电流信号)做低通滤波，以滤除信号中频率高于采样频率一半的分量，满足采样定理；然后将所采集到的强电数据信号转换为弱电数据信号，并对采样的弱电数据信号进行校准，使采样弱电数据信号满足幅频特性的要求；
所述信号调整和A/D转换器对弱电数据信号(即4个基波周期信号，频率分辨精度50/4＝12.5Hz)进行模数转换后送入所述FPGA处理模块进行运算处理；
所述信号调整和A/D转换器包括MAX125A/D芯片，因为MAX125A/D芯片需提供双电源工作电压，所以所述信号调整和A/D转换器还包括负电压产生芯片(LMC7660)；
所述FPGA处理模块经过去直流、加窗、FFT、模平方等四个运算处理步骤得到电压、电流信号的频域功率谱数据，所述电压、电流信号的频域功率谱数据包括电压和电流基波电量数据，以及各次的电力谐波监测数据；
FPGA处理模块包括接口电路(DMA)、FIFO缓存器、FLASH、FFT处理器、PowerPC硬核、DRAM，以及网络接口、LCD接口、USB接口和串行接口；
所述接口电路(DMA)用于接收所述信号调整和A/D转换器传输来的数据信号；
所述FIFO缓存器用于对所述接口电路(DMA)接收到的数据信号进行缓冲存储；
所述FFT处理器用于完成对数据信号的去直流、加窗、FFT、模平方等四个运算处理步骤，得到电压、电流信号的频域功率谱数据，并将处理过后的数据信号(即电压和电流基波电量数据，以及各次电力谐波监测信号)传送到PowerPC硬核；
所述FLASH对经所述FFT处理器处理过后的数据信号进行存储；
所述DRAM用于存储所述FFT处理器在处理过程中形成的临时性数据；
所述PowerPC硬核用于接收所述FFT处理器输出的数据信号，并将数据信号传输至网络接口、LCD接口、USB接口和串行接口，同时，所述PowerPC硬核用于控制接口电路(DMA)、FIFO缓存器、FLASH、FFT处理器、PowerPC硬核和DRAM的运行；
网络接口、LCD接口、USB接口和串行接口用于接收所述PowerPC硬核传输的数据信号，并传送至所述计量误差分析模块2。
所述计量误差分析模块2采用基于中心聚类理论的梯度优化算法对采集的电力谐波监测数据中的孤立点进行识别和修正，识别和修正后的结果采用基于回归技术的空缺值填充方法填充采集过程中出现的空缺值。
所述计量误差分析模块2根据所述数据采集模块1采集的基波电量数据和电力谐波监测数据，确定3至25次奇数次谐波的功率方向和幅值；然后计算出各次谐波的电量数据；基波电量数据与谐波功率方向同基波功率反向的奇数次谐波的电量数据累加和为实际用户所消耗的总电量数据，该总电量数据同电子式电能计量表的计量结果的差值即为电力谐波造成的电子式计量表的计量误差。
所述的报表管理模块利用所述数据采集模块1采集的基波电量数据和电力谐波数据，以及所述计量误差分析模块3给出的电力谐波造成的电子式计量表计的计量误差数据，形成电力谐波造成的电子式计量表计的计量误差报表。

Claims (5)

1.一种电力谐波引起的电子式电能表计量误差分析校正系统，其特征在于，包括：数据采集模块、计量误差分析模块和报表管理模块；
所述数据采集模块采集电力谐波监测数据和基波电量数据，并传输给所述计量误差分析模块；
所述计量误差分析模块对所述数据采集模块传输来的数据进行分析计算，获得电子式电能计量表的计量误差，以确定电子式电能计量表的误差校正数据，纠正电子式电能计量表的计量误差；
所述报表管理模块读取所述所述数据采集模块采集的电力谐波监测数据和基波电量数据、以及所述计量误差分析模块给出的误差校正数据，实现上述数据的查询、显示和打印。
2.根据权利要求1所述的电力谐波引起的电子式电能表计量误差分析校正系统，其特征在于，所述计量误差分析模块采用基于中心聚类理论的梯度优化算法对采集的电力谐波监测数据中的孤立点进行识别和修正，识别和修正后的结果采用基于回归技术的空缺值填充方法填充采集过程中出现的空缺值。
3.根据权利要求1所述的电力谐波引起的电子式电能表计量误差分析校正系统，其特征在于，所述计量误差分析模块根据数据采集模块采集的基波电量数据和电力谐波数据，确定3至25次奇数次谐波的功率方向和幅值；然后计算出各次谐波的电量数据；基波电量数据与谐波功率方向同基波功率反向的奇数次谐波电量数据累加和为实际用户所消耗的总电量数据，该总电量数据同电子式电能计量表计的计量结果的差值即为电力谐波造成的电子式计量表计的计量误差。
4.根据权利要求1所述的电力谐波引起的电子式电能表计量误差分析校正系统，其特征在于，所述数据采集模块包括电压电流传感器、信号调整和A/D转换器和FPGA处理模块；
所述电压电流传感器首先对所采集到的强电数据信号做低通滤波，以滤除信号中频率高于采样频率一半的分量；然后将所采集到的强电数据信号转换为弱电数据信号，并对采样的弱电数据信号进行校准，使采样弱电数据信号满足幅频特性的要求；
所述信号调整和A/D转换器对弱电数据信号进行模数转换后送入所述FPGA处理模块进行运算处理，得到电压、电流信号的频域功率谱数据。
5.根据权利要求1所述的电力谐波引起的电子式电能表计量误差分析校正系统，其特征在于，所述FPGA处理模块包括接口电路、FIFO缓存器、FLASH、FFT处理器、PowerPC硬核、DRAM，以及网络接口、LCD接口、USB接口和串行接口；
所述接口电路用于接收所述信号调整和A/D转换器传输来的数据信号；
所述FIFO缓存器用于对所述接口电路接收到的数据信号进行缓冲存储；
所述FFT处理器用于完成对数据信号的去直流、加窗、FFT、模平方运算处理步骤，得到电压、电流信号的频域功率谱数据，并将处理过后的数据信号传送到PowerPC硬核；
所述FLASH对经所述FFT处理器处理过后的数据信号进行存储；
所述DRAM用于存储所述FFT处理器在处理过程中形成的临时性数据；
所述PowerPC硬核用于接收所述FFT处理器输出的数据信号，并将数据信号传输至网络接口、LCD接口、USB接口和串行接口，同时，所述PowerPC硬核用于控制接口电路、FIFO缓存器、FLASH、FFT处理器、PowerPC硬核和DRAM的运行；
网络接口、LCD接口、USB接口和串行接口用于接收所述PowerPC硬核传输的数据信号，并传送至所述计量误差分析模块。
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