CN106645926B - 一种三相交流电路功率测算的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三相交流电路功率测算的方法，通过同一时刻采集三相电路中某相的电压和电流，根据采样间隔，在下一时刻顺序采集下一相信号；当某相的电流或电压无法采集时，增加其他两相中任一相计算元素的采样点数量根据三表法或两表法进行计算，求得未知的计算元素值；根据采集的电压和电流值，计算三相电路的瞬时功率和总功率，本发明有效的解决了实际应用时缺少计算因素、非同步采样时三相电路功率计算；大量减少了计算过程和数量，也减少了采样占用资源。

Description

一种三相交流电路功率测算的方法
技术领域
本发明涉及一种三相交流电路功率测算的方法。
背景技术
电网(三相交流线路)功率测算方法一般为三相线路三表法或者两表法测量，计算时需要将各相相电压、电流同一时刻值进行采样、计算，再计算周期点值累加。
P＝PA+PB+PC
计算方法：
P＝∑PA(t)+∑PB(t)+∑PC(t)
＝∑ua(t)ia(t)+∑ub(t)ib(t)+∑uc(t)ic(t)
或
P＝∑uab(t)ia(t)+∑ucb(t)ic(t)
＝∑(ua(t)-ub(t))ia(t)+∑(uc(t)-ub(t))ic(t)
采用分相采样时上述公式为
P＝∑PA(tA)+∑PB(tB)+∑PC(tC)
＝∑ua(tA)ia(tA)+∑ub(tB)ib(tB)+∑uc(tC)ic(tC)
或
P＝∑uab(tA)ia(tA)+∑ucb(tC)ic(tC)
＝∑(ua(tA)-ub(tA))ia(tA)+∑(uc(tC)-ub(tC))ic(tC)
此时直接使用上述两种方法计算存在明显缺陷：
1、采用三表法测算若无法采集到某相相电压或电流，计算无法完成。
2、采用两表法测算，可以解决1的计算实现，但是需要保证相乘量为同一时刻值，实际应用测量时，一般采样无法保证同一时刻三相电压、电流同一时刻同时采集到，而分相采集在无法采集到某相相电压或电流时，转换计算也无法完成。
3、实际应用计算时，需要采集大量数据，比如工频50Hz交流一个周期平均采集32点，采集6个(三相电压、电流)，一个周期计算量为192个，对于采集、计算设备要求实时性高、精度高，对于多条线路采集、计算数据量将相当庞大。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种三相交流电路功率测算的方法，本方法通过在三相中出现某相未知量(如B相电流)，增加其他两相中任一相(如C相)计算元素的采样点数量根据算法计算出剩下一相A相采样时刻未知量相即B相的计算元素，再根据三表法三相功率计算公式，完成三相交流电路功率计算；或增加未知量相即B相的电压样点数，根据算法计算出其他两相采样时刻的本元素的值，再根据两表法三相功率计算公式，完成三相交流电路功率计算。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种三相交流电路功率测算的方法，包括以下步骤：
(1)同一时刻采集三相电路中某相的电压和电流，根据采样间隔，在下一时刻顺序采集下一相信号；
(2)当某相的电流或电压无法采集时，增加其他两相中任一相计算元素的采样点数量根据三表法或两表法进行计算，求得未知的计算元素；
(3)根据采集的电压和电流值，计算三相电路的瞬时功率和总功率。
所述步骤(1)中，根据采集频率，确定采样信号采集点的周期采样数，计算每相信号的采样间隔和相邻相时间间隔。
所述步骤(2)中，若某相的电流无法测量，则在每两相之间增加已知的无法测量相的其他两相中任一相采样点，构建新的采集顺序。
所述步骤(2)中，确定新的采样顺序后，重新确定相邻采样点的时间间隔。
所述步骤(2)中，在三相正常采样顺序的情况下，每两相间的采集时间中点时间段加入某相采样点元素。
所述步骤(2)中，根据三表法计算，当B相电流IB未知，增加C相采样点采样元素(C相电压和电流)，计算出A相采样时刻B相的计算元素(B相电压和电流)，根据
P＝∑ua(tA)ia(tA)+∑ub(tA)ib(tA)+∑uc(tC)ic(tC)
计算得到三相功率，其中ua(tA)、ub(tA)分别为A、B相采样tA时刻A、B相瞬时电压，uc(tC)为C相采样tC时刻C相瞬时电压，ia(tA)、ib(tA)分别为A、B相采样tA时刻A、B相瞬时电流，ic(tC)为C相采样tC时刻C相瞬时电流。
所述步骤(2)中，根据两表法计算，当B相电流IB未知，增加B相采样点的B相电压，计算出A相采样时刻B相电压和C相采样时刻B相电压，根据
P＝∑uab(tA)ia(tA)+∑ucb(tC)ic(tC)
＝∑(ua(tA)-ub(tA))ia(tA)+∑(uc(tC)-ub(tC))ic(tC)
计算得到三相功率，其中，ua(tA)、ub(tA)分别为A、B相采样tA时刻A、B相瞬时电压，ia(tA)为采样tA时刻A相瞬时电流，uC(tC)、ub(tC)分别为C、B相采样tC时刻C、B相瞬时电压，iC(tC)为采样tC时刻C相瞬时电流。
本发明的有益效果为：
(1)本发明有效的解决了实际应用时缺少计算因素、非同步采样时三相电路功率计算；
(2)大量减少了计算过程和数量，也减少了采样占用资源。
(3)本发明具有精度高、准确度高的优点。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的采样时序示意图；
图3为本发明的缺少计算元素IB，使用三表法的具体过程；
图4为本发明的缺少计算元素IB，使用两表法的具体过程。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
三相功率计算公式
瞬时功率：
P＝PA+PB+PC＝uaia+ubib+ucic公式1
其中，PA、PB、PC分别为A、B、C三相瞬时功率，ua、ub、uc分别为A、B、C三相瞬时电压，ia、ib、ic分别为A、B、C三相瞬时电流。
总功率
P＝∑ua(tA)ia(tA)+∑ub(tA)ib(tA)+∑uc(tC)ic(tC)
公式2
P＝∑uab(tA)ia(tA)+∑ucb(tC)ic(tC)
＝∑(ua(tA)-ub(tA))ia(tA)+∑(uc(tC)-ub(tC))ic(tC)
公式3
其中，PA(t)、PB(t)、PC(t)分别为A、B、C三相t时刻瞬时功率，ua(t)、ub(t)、uc(t)分别为A、B、C三相t时刻瞬时电压，ia(t)、ib(t)、ic(t)分别为A、B、C三相t时刻瞬时电流。
采样方法是同一时刻采集三相电路中某相的电压和电流，顺序采集下一相信号，采集顺序UCIC-UAIA-UBIB，即采集顺序为C相(电压和电流)到A相(电压和电流)再到B相(电压和电流)确定采集频率(以下采集顺序皆为上述表示)。例工频50Hz下，某信号(电压、电流)采集点按一周期32点采样，顺序采集，每相信号的采样间隔为625us，相邻相时间间隔为208us。
若Ib无法测量，用增加C相采样点的方法测算，具体方法为：在三相正常采样顺序的情况下，每两相间(相采集时间中点)增加C相采样点，即采集顺序为UCIC-UCcaICca-UAIA-UCabICab-UB-UCbcICbc-UCIC-UCcaICca-UAIA…，其中，UCij表示C相电压，ij表示哪两相间，i＝a、b或c，j＝a、b或c，其他同理，在采样时刻UCcaICca到采样时刻UCacICac的采样值UC和IC，可近似认为为线性关系，根据公式UC’＝(UCca+UCab)/2，IC’＝(ICca+ICab)/2，得到UAIA采样时刻UC和IC的近似值，利用公式UB＝UA+UC’和IB＝IA+IC’，得到UAIA采样时刻UB和IB的近似值，利用公式2可计算得到三相功率。
若Ib无法测量，用增加B相计算元素UB采样点的方法测算，具体方法为：在三相正常采样顺序的情况下，每两相间(相采集时间中点)增加B相采样元素UB采样点，即采集顺序为UCIC-UBca-UAIA-UBab-UB-UBbc-UCIC-UBca-UAIA…，其中，UBij表示B相电压，ij表示哪两相间，i＝a、b或c，j＝a、b或c，其他同理，在采样时刻UBca到采样时刻UBac的采样值UB，以及在采样时刻UBbc到采样时刻UBca的采样值UB，可近似认为为线性关系，根据公式UB’＝(UBca+UBab)/2，UB”＝(UBbc+UBca)/2，得到UAIA采样时刻的UB和UCIC采样时刻的UB近似值，利用公式3可计算得到三相功率。
如图2所示，分相采样时序：
三相频率为50Hz，每相采样频率32点时：
每相采样间隔tA2-tA1＝625us，tB2-tB1＝625us，tC2-tC1＝625us……
相间采样间隔tB1-tA1＝208us，tC1-tB1＝625us，tA2-tC1＝208us……
如图3所示，缺少计算元素IB，使用三表法，增加采样点：
tA2时刻C相电压电流：U’C＝(UCca+Ucab)/2，IC’＝(ICca+ICab)/2，其中Ucca、Icca为t’3时刻C相采样值，Ucab、ICab为t’4时刻C相采样值。
tA2时刻B相电压电流：UB＝UA+UC’和IB＝IA+IC’。以此计算其他A相采样时刻(tAx)B相的计算元素。
利用公式：P＝∑ua(tA)ia(tA)+∑ub(tA)ib(tA)+∑uc(tC)ic(tC)可计算出总功率。
如图4所示，tA2时刻B相电压：U’B＝(UBca+UBab)/2,其中UBca、UBca为t’3和t’4时刻B相采样值。tC1时刻B相电压：U”B＝(UBbc+UBca)/2,其中UBbc、UBca为t’2和t’3时刻B相采样值。以此计算其他A相采样时刻(tAx时刻)和C相采样时刻(tCx时刻)B相的计算元素。
利用公式：
P＝∑uab(tA)ia(tA)+∑ucb(tC)ic(tC)
＝∑(ua(tA)-ub(tA))ia(tA)+∑(uc(tC)-ub(tC))ic(tC)
可计算出总功率。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种三相交流电路功率测算的方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)同一时刻采集三相电路中某相的电压和电流，根据采样间隔，在下一时刻顺序采集下一相信号；
(2)当某相的电流或电压无法采集时，增加其他两相中任一相计算元素的采样点数量根据三表法或两表法进行计算，求得未知的计算元素；
(3)根据采集的电压和电流值，计算三相电路的瞬时功率和总功率；
所述步骤(2)中，根据三表法计算，当B相电流IB未知，增加C相电压和电流，计算出A相采样时刻B相电压和电流，根据
P＝∑ua(tA)ia(tA)+∑ub(tA)ib(tA)+∑uc(tC)ic(tC)
计算得到三相功率，其中ua(tA)、ub(tA)分别为A、B相采样tA时刻A、B相瞬时电压，uc(tC)为C相采样tC时刻C相瞬时电压，ia(tA)、ib(tA)分别为A、B相采样tA时刻A、B相瞬时电流，ic(tC)为C相采样tC时刻C相瞬时电流；
所述步骤(2)中，根据两表法计算，当B相电流IB未知，增加B相采样点的B相电压，计算出A相采样时刻B相电压和C相采样时刻B相电压，根据
P＝∑uab(tA)ia(tA)+∑ucb(tC)ic(tc)
＝∑(ua(tA)-ub(tA))ia(tA)+∑(uc(tC)-ub(tC))ic(tC)
计算得到三相功率，其中，ua(tA)、ub(tA)分别为A、B相采样tA时刻A、B相瞬时电压，ia(tA)为采样tA时刻A相瞬时电流，uC(tC)、ub(tC)分别为C、B相采样tC时刻C、B相瞬时电压，iC(tC)为采样tC时刻C相瞬时电流。
2.如权利要求1所述的一种三相交流电路功率测算的方法，其特征是：所述步骤(1)中，根据采集频率，确定采样信号采集点的周期采样数，计算每相信号的采样间隔和相邻相时间间隔。
3.如权利要求1所述的一种三相交流电路功率测算的方法，其特征是：所述步骤(2)中，若某相的电流无法测量，则在每两相之间增加已知的无法测量相的其他两相中任一相采样点，构建新的采集顺序。
4.如权利要求1所述的一种三相交流电路功率测算的方法，其特征是：所述步骤(2)中，确定新的采样顺序后，重新确定相邻采样点的时间间隔。
5.如权利要求1所述的一种三相交流电路功率测算的方法，其特征是：所述步骤(2)中，在三相正常采样顺序的情况下，每两相间的采集时间中点时间段加入某相采样点元素。
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