CN105911346A - 一种分别计量基波和谐波的双向智能电表及其计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种分别计量基波和谐波的双向智能电表及其计量方法。一种分别计量基波和谐波的双向智能电表包括电压互感器、电流互感器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、基波周期长度测量模块、A/D转换器、单片机、比较器、LCD显示屏和通讯芯片。一种分别计量基波和谐波的双向智能电表的计量方法，包括(1)对用户而言，定义φ_uk和φ_ik分别为电表测得用户侧的谐波电压和谐波电流初相角，φ_k表示谐波电压和谐波电流的相位差，即φ_k＝φ_uk‑φ_ik；(2)若0≤φ_k≤90°，此时用户不是谐波源；(3)若90°≤φ_k≤180°，此时用户为谐波源。

Description

一种分别计量基波和谐波的双向智能电表及其计量方法

技术领域

本发明具体涉及一种分别计量基波和谐波的双向智能电表及其计量方法，属于电网谐波计量技术领域。

背景技术

智能电表是智能电网的智能终端，除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网和新能源的使用，智能电表还具有双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能、防窃电功能等智能化的功能，智能电表代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发展方向。

系统中的非线性负荷分析较复杂，其不仅吸收基波与谐波功率，而且会将其中一部分基波与谐波电能转化为额外的谐波电能注入系统。若仅从计量的角度考虑，对于非线性用户，采用全波计量相对于采用基波计量方式有益。但非线性用户产生了谐波，并由此造成对系统内其他用户设备的危害。因此从谐波抑制的角度考虑，分别计量基波电量和谐波电量，并根据谐波电量进行一定的惩罚性收费，对于供电方和其他用户将更为合理。这一方面需要实用的测量技术支撑以分析谐波的来源，另一方面也需要公认合理的理论分析方法来判定谐波责任问题。目前，这两方面尚无突破。

对于后者谐波责任问题，以往处理电能质量问题是本着“谁污染， 谁治理”的原则，对用户而言，是按照个体用户对配网产生谐波贡献度来决定的。有许多的方法诸如通过瞬间开断一些负载，此时测量配网谐波水平来确定这种贡献度的大小。经验表明这种测量方法得到的结果并不准确，因为其它用户或负载的运行状态在不断切换。此外，目前电力公司对个体用户产生的谐波影响配网电能质量的问题的治理情况还不够。对电力公司而言，保证供给电网所产生的谐波应当限制在国家标准规定范围之内和为用户提供高质量的电能运行环境。因此研究双向谐波计量的智能电表有利于确定用户或负载对谐波配网组成的贡献程度，进而针对不同用户确定不同的奖惩方案。

发明内容

发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明的第一目的在于公开一种分别计量基波和谐波的双向智能电表。本发明的第二个目的在于公开一种分别计量基波和谐波的双向智能电表的计量方法。

技术方案：一种分别计量基波和谐波的双向智能电表，包括：

电压互感器，用于将电网交流电的电压转化成适合A/D转换器所需要的输入电压；

电流互感器，用于将电网交流电的电流转换为适合A/D转换器所需要的输入电流；

第一低通滤波器，其输入端与所述电压互感器的输出端相连，用于滤除谐波分量得到电网交流电的电压的基波分量；

第二低通滤波器，其输入端与所述电流互感器的输出端相连，用于滤除谐波分量得到电网交流电的电流的基波分量；

基波周期长度测量模块，其输入端与所述第一低通滤波器的输出端相连，用于测量基波周期长度同时产生脉冲控制信号；

A/D转换器，其输入端分别与所述电压互感器输出端、所述电流互感器输出端、所述第一低通滤波器的输出端、所述第二低通滤波器的输出端、所述基波周期长度测量模块的输出端相连，用于将模拟电压和模拟电流转化为数字电压和数字电流；

单片机，其输入端与所述A/D转换器的输出端相连，用于分别计量负载消耗的总电能和基波电能；

比较器，其输入端与所述单片机的输出端相连，用于比较单片机输出的总电能和基波电能信号，得出用户消耗的谐波分量；

LCD显示屏，其输入端分别与所述单片机的输出端、所述比较器的输出端相连，

通讯芯片，其输入端与所述单片机的输出端相连。

进一步地，所述适合A/D转换器所需要的输入电压为0～5V。

一种分别计量基波和谐波的双向智能电表的计量方法，包括以下步骤：

(1)对用户而言，定义φ_uk和φ_ik分别为电表测得用户侧的谐波电压和谐波电流初相角，φ_k表示谐波电压和谐波电流的相位差，即φ_k＝φ_uk-φ_ik；

(2)若0≤φ_k≤90°，则cosφ_k≤0，w_h≥0，则用户吸收谐波电能，此 时用户不是谐波源；

(3)若90°≤φ_k≤180°，则cosφ_k≥0，w_h≤0，则用户发出谐波电能，此时用户为谐波源，上述步骤中：

w_h表示智能电表测量得到的谐波大小，其值等于总电能w与基波电能w₁相减，即w_h＝w-w₁。

有益效果：本发明公开的一种分别计量基波和谐波的双向智能电表及其计量方法具有以下有益效果：

1、由于测量的谐波电能更精确，本发明的智能电表为电力部门的调度和规划设计提供指导；

2、这些测量数据可以通过互联网+的形式送入云端，进行资源共享；

3、为电力部门的电力营销数据作参考，可根据谐波计量程度对线性用户和非线性用户制定不同的奖惩措施。

附图说明

图 1为本发明公开的一种分别计量基波和谐波的双向智能电表的结构示意框图；

图 2为本发明公开的一种分别计量基波和谐波的双向智能电表的计量方法的原理示意图，

其中：

1-电压互感器 2-电流互感器

3-A/D转换器 4-单片机

5-第一低通滤波器 6-第二低通滤波器

7-基波周期长度测量模块 8-比较器

9-通讯芯片 10-LCD显示屏

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式详细说明。

具体实施例1

如 图 1所示，一种分别计量基波和谐波的双向智能电表，包括：

电压互感器1，用于将电网交流电的电压转化成适合A/D转换器3所需要的输入电压；

电流互感器2，用于将电网交流电的电流转换为适合A/D转换器3所需要的输入电流；

第一低通滤波器5，其输入端与电压互感器1的输出端相连，用于滤除谐波分量得到电网交流电的电压的基波分量；

第二低通滤波器6，其输入端与电流互感器2的输出端相连，用于滤除谐波分量得到电网交流电的电流的基波分量；

基波周期长度测量模块7，其输入端与第一低通滤波器5的输出端相连，用于测量基波周期长度同时产生脉冲控制信号；

A/D转换器3，其输入端分别与电压互感器1输出端、电流互感器2输出端、第一低通滤波器5的输出端、第二低通滤波器6的输出端、基波周期长度测量模块7的输出端相连，用于将模拟电压和模拟电流转化为数字电压和数字电流；

单片机4，其输入端与A/D转换器3的输出端相连，用于分别计量负载消耗的总电能和基波电能，其中总电能包括基波电能和谐波电能，谐波电能包括电网对负载产生的谐波电能和非线性负载产生的谐波电能；

比较器8，其输入端与单片机4的输出端相连，用于比较单片机4输出的总电能和基波电能信号，得出用户消耗的谐波分量；

LCD显示屏10，其输入端分别与单片机4的输出端、比较器8的输出端相连，

通讯芯片9，其输入端与单片机4的输出端相连。

进一步地，适合A/D转换器3所需要的输入电压为0V。

如 图 2所示，I₁、U₁分别表示电网传输的基波电流和电压，U_kN、I_kN分别表示电网传输的k次谐波电压和谐波电流，U_kL、I_kL分别表示用户负载产生的k次谐波电压和谐波电流，其中k＝2,3,4....,n，双向智能电表置于配网和用户负载的中间。

一种分别计量基波和谐波的双向智能电表的计量方法，包括以下步骤：

(1)对用户而言，定义φ_uk电表测得用户侧的谐波电压初相角，定义φ_ik为电表测得用户侧的谐波电流初相角，φ_k表示谐波电压和谐波电流的相位差，即φ_k＝φ_uk-φ_ik；

(2)若0≤φ_k≤90°，则cosφ_k≤0，w_h≥0，则用户吸收谐波电能，此时用户不是谐波源；

(3)若90°≤φ_k≤180°，则cosφ_k≥0，w_h≤0，则用户发出谐波电能，此 时用户为谐波源，上述步骤中：

w_h表示智能电表测量得到的谐波大小，其值等于总电能w与基波电能w₁相减，即w_h＝w-w₁。

具体实施例2

与具体实施例1大致相同，区别仅仅在于适合A/D转换器3所需要的输入电压为5V。

具体实施例3

与具体实施例1大致相同，区别仅仅在于适合A/D转换器3所需要的输入电压为2.5V。

上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (3)

1.一种分别计量基波和谐波的双向智能电表，其特征在于，包括：

电压互感器，用于将电网交流电的电压转化成适合A/D转换器所需要的输入电压；

电流互感器，用于将电网交流电的电流转换为适合A/D转换器所需要的输入电流；

第一低通滤波器，其输入端与所述电压互感器的输出端相连，用于滤除谐波分量得到电网交流电的电压的基波分量；

第二低通滤波器，其输入端与所述电流互感器的输出端相连，用于滤除谐波分量得到电网交流电的电流的基波分量；

基波周期长度测量模块，其输入端与所述第一低通滤波器的输出端相连，用于测量基波周期长度同时产生脉冲控制信号；

A/D转换器，其输入端分别与所述电压互感器输出端、所述电流互感器输出端、所述第一低通滤波器的输出端、所述第二低通滤波器的输出端、所述基波周期长度测量模块的输出端相连，用于将模拟电压和模拟电流转化为数字电压和数字电流；

单片机，其输入端与所述A/D转换器的输出端相连，用于分别计量负载消耗的总电能和基波电能；

比较器，其输入端与所述单片机的输出端相连，用于比较单片机输出的总电能和基波电能信号，得出用户消耗的谐波分量；

LCD显示屏，其输入端分别与所述单片机的输出端、所述比较器的输出端相连，

通讯芯片，其输入端与所述单片机的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的一种分别计量基波和谐波的双向智能电表，其特征在于，所述适合A/D转换器所需要的输入电压为0～5V。

3.一种分别计量基波和谐波的双向智能电表的计量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对用户而言，定义φ_uk和φ_ik分别为电表测得用户侧的谐波电压和谐波电流初相角，φ_k表示谐波电压和谐波电流的相位差，即φ_k＝φ_uk-φ_ik；

(2)若0≤φ_k≤90°，则cosφ_k≤0，w_h≥0，则用户吸收谐波电能，此时用户不是谐波源；

(3)若90°≤φ_k≤180°，则cosφ_k≥0，w_h≤0，则用户发出谐波电能，此时用户为谐波源，上述步骤中：

w_h表示智能电表测量得到的谐波大小，其值等于总电能w与基波电能w₁相减，即w_h＝w-w₁。