CN110261676B - 一种初始时刻不确定的指数时域函数电度计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种初始时刻不确定的指数时域函数电度计量方法，本发明针对电压为U、电流由指数上升沿和下降沿构成的调制周期为T的发电和用电设备，首先通过测量设备对电流进行采样，然后对初始时刻进行估计，通过待定系数求解得到指数函数相关参数，确定时域函数曲线，最后通过积分运算得到电度计量结果。本发明可以避免传统的基于频域的计量中要求采样率高、无法测到高频信号的问题，也解决了现有的基于指数时域函数的电度计量方法需要采样点与PWM周期的起始时刻同步的问题，提高了计量准确度。

Description

一种初始时刻不确定的指数时域函数电度计量方法

技术领域

本发明涉及电度计量领域，尤其涉及一种初始时刻不确定的指数时域函数电度计量方法。

背景技术

针对柔性直流系统，其电流波形通常由固定周期的指数上升沿和下降沿构成，这种波形通常包含大量高次谐波，特别是在拐点处。传统的电度计量方法多基于频域，要求的采样率高。若采样率不够高，则无法测到高频谐波，造成误差。若采样率低不满足采样定理，可加前置滤波器，但会滤掉高频信号，使信号变形，造成误差。

现有的基于指数时域函数的电度计量方法需要采样点与PWM周期的起始时刻同步，而这种情况是难以做到的，若不同步会产生误差，本方案考虑了这种不同步的情况，对不同的情况进行了估计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种初始时刻不确定的指数时域函数电度计量方法，以提高计量准确度。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种初始时刻不确定的指数时域函数电度计量方法，包括以下步骤：

步骤1.针对电压为U、电流由指数上升沿和下降沿构成且调制周期为T的发电或用电设备，通过测量设备对电流进行采样：以5/T的采样率对待测电流进行采样，可以在一个周期中得到5个采样点t(i)＝(i-1)×T/5的电流数据I_i，i＝1,2,3,4,5。

步骤2.若上升沿中有采样点，则设I(1)为上升沿第一个采样点，若上升沿没有采样点，则设I(1)为下降沿第一个采样点；针对上述的周期性指数波形，存在6种情况：

(A)上升沿采样点数0，下降沿采样点数5：该情况下，先取第4、5采样点数据，代入下降沿函数曲线方程：

得到参数C、τ的值，从而得到下降沿函数曲线；假设采样点1沿上升沿曲线向左延伸1/3个采样间隔处为上升沿和下降沿的交界点，采样点4沿下降沿曲线向右延伸1/3个采样间隔处为下降沿和上升沿交界点，代入上升沿函数曲线方程：

得到参数A、B的估计值，从而得到上升沿函数曲线，下降沿函数曲线和上升沿函数曲线构成完整时域函数曲线，最后由下式的积分运算得到电度计量结果：

(B)上升沿采样点数1，下降沿采样点数4：该情况下，先取第4、5采样点数据，代入下降沿函数曲线方程：

得到参数C、τ的值，从而得到下降沿函数曲线；根据I(1)大小进行假设：

a.当I(1)≥I(2)时，假设采样点5沿下降沿曲线向右延伸1/2个采样间隔处为下降沿和上升沿交界点；

b.当I(5)<I(1)<I(2)时，假设采样点5为下降沿和上升沿交界点或采样点2为上升沿和下降沿交界点，通过校验选取5个采样点均在曲线上的计算结果；

c.当I(1)≤I(5)时，假设采样点2为上升沿和下降沿交界点；

将假设的交界点和采样点1代入上升沿函数曲线方程：

得到参数A、B的估计值，从而得到上升沿函数曲线，下降沿函数曲线和上升沿函数曲线构成完整时域函数曲线，最后由下式的积分运算得到电度计量结果：

(C)上升沿采样点数2，下降沿采样点数3：该情况下，先取第4、5采样点数据，代入下降沿函数曲线方程：

得到参数C、τ的值，从而得到下降沿函数曲线；再将第1、2采样点数据代入上升沿函数曲线方程：

得到参数A、B，从而得到上升沿函数曲线，下降沿函数曲线和上升沿函数曲线构成完整时域函数曲线，最后由下式的积分运算得到电度计量结果：

(D)上升沿采样点数3，下降沿采样点数2：该情况下，先取第4、5采样点数据，代入下降沿函数曲线方程：

得到参数C、τ的值，从而得到下降沿函数曲线；再将第1、2采样点数据代入上升沿函数曲线方程：

得到参数A、B，从而得到上升沿函数曲线，下降沿函数曲线和上升沿函数曲线构成完整时域函数曲线，最后由下式的积分运算得到电度计量结果：

(E)上升沿采样点数4，下降沿采样点数1：该情况下，先取第1、2、3采样点数据，代入上升沿函数曲线方程：

得到参数A、B、τ，从而得到上升沿函数曲线；再将第5采样点数据代入下降沿函数曲线方程：

得到参数C的值，从而得到下降沿函数曲线，下降沿函数曲线和上升沿函数曲线构成完整时域函数曲线，最后由下式的积分运算得到电度计量结果：

(F)上升沿采样点数5，下降沿采样点数0：该情况下，先取第1、2、3采样点数据，代入上升沿函数曲线方程：

得到参数A、B、τ，从而得到上升沿函数曲线；假设“采样点4为下降沿和上升沿交界点”和“采样点1为上升沿和下降沿交界点”两种情况，分别代入下降沿函数曲线方程：

得到参数C的两个估计值，从而得到两条下降沿函数曲线，下降沿函数曲线和上升沿函数曲线构成完整时域函数曲线，分别代入下式的积分运算得到两个电度计量值：

最后取两者平均值，作为此采样点下的电度估计值。

本发明电度计量方法与现有技术相比，其有益效果是：本发明针对电压恒定，电流为指数上升沿和下降沿构成的调制周期为T的发电和用电设备，电流存在大量高次谐波，通过基于时域的方法来计量，避免了传统的基于频域的计量中要求采样率高、无法测到高频信号的问题。现有的基于指数时域函数的电度计量方法需要采样点与PWM周期的起始时刻同步，而这种情况是难以做到的，若不同步会产生误差，本方案考虑了这种不同步的情况，对不同的情况进行了估计，提高了计量准确度。

附图说明

图1是本发明实施例1电度计量方法的流程图；

图2是本发明实施例1中DC/DC换流器的简化模型结构图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明进一步说明。

实施例1

本实施例提供一种初始时刻不确定的指数时域函数电度计量方法，如图1所示，其针对电压为U、电流由指数上升沿和下降沿构成的调制周期为T的发电和用电设备，通过测量设备对电流进行采样，包括如下步骤：

步骤1.针对电压为U、电流由指数上升沿和下降沿构成且调制周期为T的发电或用电设备，通过测量设备对电流进行采样：以5/T的采样率对待测电流进行采样，可以在一个周期中得到5个采样点t(i)＝(i-1)×T/5的电流数据I_i，i＝1,2,3,4,5。

步骤2.若上升沿中有采样点，则设I(1)为上升沿第一个采样点，若上升沿没有采样点，则设I(1)为下降沿第一个采样点；针对上述的周期性指数波形，存在6种情况：

(A)上升沿采样点数0，下降沿采样点数5：该情况下，先取第4、5采样点数据，代入下降沿函数曲线方程：

得到参数C、τ的值，从而得到下降沿函数曲线；假设采样点1沿上升沿曲线向左延伸1/3个采样间隔处为上升沿和下降沿的交界点，采样点4沿下降沿曲线向右延伸1/3个采样间隔处为下降沿和上升沿交界点，代入上升沿函数曲线方程：

得到参数A、B的估计值，从而得到上升沿函数曲线，下降沿函数曲线和上升沿函数曲线构成完整时域函数曲线，最后由下式的积分运算得到电度计量结果：

(B)上升沿采样点数1，下降沿采样点数4：该情况下，先取第4、5采样点数据，代入下降沿函数曲线方程：

得到参数C、τ的值，从而得到下降沿函数曲线；根据I(1)大小进行假设：

a.当I(1)≥I(2)时，假设采样点5沿下降沿曲线向右延伸1/2个采样间隔处为下降沿和上升沿交界点；

b.当I(5)<I(1)<I(2)时，假设采样点5为下降沿和上升沿交界点或采样点2为上升沿和下降沿交界点，通过校验选取5个采样点均在曲线上的计算结果；

c.当I(1)≤I(5)时，假设采样点2为上升沿和下降沿交界点；

将假设的交界点和采样点1代入上升沿函数曲线方程：

得到参数A、B的估计值，从而得到上升沿函数曲线，下降沿函数曲线和上升沿函数曲线构成完整时域函数曲线，最后由下式的积分运算得到电度计量结果：

(C)上升沿采样点数2，下降沿采样点数3：该情况下，先取第4、5采样点数据，代入下降沿函数曲线方程：

得到参数C、τ的值，从而得到下降沿函数曲线；再将第1、2采样点数据代入上升沿函数曲线方程：

得到参数A、B，从而得到上升沿函数曲线，下降沿函数曲线和上升沿函数曲线构成完整时域函数曲线，最后由下式的积分运算得到电度计量结果：

(D)上升沿采样点数3，下降沿采样点数2：该情况下，先取第4、5采样点数据，代入下降沿函数曲线方程：

得到参数C、τ的值，从而得到下降沿函数曲线；再将第1、2采样点数据代入上升沿函数曲线方程：

得到参数A、B，从而得到上升沿函数曲线，下降沿函数曲线和上升沿函数曲线构成完整时域函数曲线，最后由下式的积分运算得到电度计量结果：

(E)上升沿采样点数4，下降沿采样点数1：该情况下，先取第1、2、3采样点数据，代入上升沿函数曲线方程：

得到参数A、B、τ，从而得到上升沿函数曲线；再将第5采样点数据代入下降沿函数曲线方程：

得到参数C的值，从而得到下降沿函数曲线，下降沿函数曲线和上升沿函数曲线构成完整时域函数曲线，最后由下式的积分运算得到电度计量结果：

(F)上升沿采样点数5，下降沿采样点数0：该情况下，先取第1、2、3采样点数据，代入上升沿函数曲线方程：

得到参数A、B、τ，从而得到上升沿函数曲线；假设“采样点4为下降沿和上升沿交界点”和“采样点1为上升沿和下降沿交界点”两种情况，分别代入下降沿函数曲线方程：

得到参数C的两个估计值，从而得到两条下降沿函数曲线，下降沿函数曲线和上升沿函数曲线构成完整时域函数曲线，分别代入下式的积分运算得到两个电度计量值：

最后取两者平均值，作为此采样点下的电度估计值。

应用例

图2所示为一个DC/DC换流器的简化模型，本发明方法在计量装置中进行计算。模拟量采集模块通过电压互感器和电流互感器连接输出电路，然后经过中央处理单元处理，最后存储在存储单元。

计量装置通过模拟量采集模块得到采样点数据，在一个周期中得到5个采样点t(i)＝(i-1)×T/5的电流数据I_i，i＝1,2,3,4,5。

随后由中央处理单元通过待定系数法求得指数函数待定系数A、B、τ、C，即可得完整时域函数曲线，并通过积分运算得到0到T时刻的电度计量结果，最后将电度计量数据存储在存储单元。

本发明所述一种初始时刻不确定的指数时域函数电度计量方法，可以用于柔性直流系统中各种电源端和负荷端的电度计量。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (1)

1.一种初始时刻不确定的指数时域函数电度计量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.针对电压为U、电流由指数上升沿和下降沿构成且调制周期为T的发电或用电设备，通过测量设备对电流进行采样：以5/T的采样率对待测电流进行采样，可以在一个周期中得到5个采样点t(i)＝(i-1)×T/5的电流数据I_i，i＝1,2,3,4,5；

步骤2.若上升沿中有采样点，则设I(1)为上升沿第一个采样点，若上升沿没有采样点，则设I(1)为下降沿第一个采样点；针对上述的周期性指数波形，存在6种情况：

(A)上升沿采样点数0，下降沿采样点数5：该情况下，先取第4、5采样点数据，代入下降沿函数曲线方程：

得到参数C、τ的值，从而得到下降沿函数曲线；假设采样点1沿上升沿曲线向左延伸1/3个采样间隔处为上升沿和下降沿的交界点，采样点4沿下降沿曲线向右延伸1/3个采样间隔处为下降沿和上升沿交界点，代入上升沿函数曲线方程：

得到参数A、B的估计值，从而得到上升沿函数曲线，下降沿函数曲线和上升沿函数曲线构成完整时域函数曲线，最后由下式的积分运算得到电度计量结果：

(B)上升沿采样点数1，下降沿采样点数4：该情况下，先取第4、5采样点数据，代入下降沿函数曲线方程：

得到参数C、τ的值，从而得到下降沿函数曲线；根据I(1)大小进行假设：

a.当I(1)≥I(2)时，假设采样点5沿下降沿曲线向右延伸1/2个采样间隔处为下降沿和上升沿交界点；

b.当I(5)<I(1)<I(2)时，假设采样点5为下降沿和上升沿交界点或采样点2为上升沿和下降沿交界点，通过校验选取5个采样点均在曲线上的计算结果；

c.当I(1)≤I(5)时，假设采样点2为上升沿和下降沿交界点；

将假设的交界点和采样点1代入上升沿函数曲线方程：

得到参数A、B的估计值，从而得到上升沿函数曲线，下降沿函数曲线和上升沿函数曲线构成完整时域函数曲线，最后由下式的积分运算得到电度计量结果：

(C)上升沿采样点数2，下降沿采样点数3：该情况下，先取第4、5采样点数据，代入下降沿函数曲线方程：

得到参数C、τ的值，从而得到下降沿函数曲线；再将第1、2采样点数据代入上升沿函数曲线方程：

得到参数A、B，从而得到上升沿函数曲线，下降沿函数曲线和上升沿函数曲线构成完整时域函数曲线，最后由下式的积分运算得到电度计量结果：

(D)上升沿采样点数3，下降沿采样点数2：该情况下，先取第4、5采样点数据，代入下降沿函数曲线方程：

得到参数C、τ的值，从而得到下降沿函数曲线；再将第1、2采样点数据代入上升沿函数曲线方程：

得到参数A、B，从而得到上升沿函数曲线，下降沿函数曲线和上升沿函数曲线构成完整时域函数曲线，最后由下式的积分运算得到电度计量结果：

(E)上升沿采样点数4，下降沿采样点数1：该情况下，先取第1、2、3采样点数据，代入上升沿函数曲线方程：

得到参数A、B、τ，从而得到上升沿函数曲线；再将第5采样点数据代入下降沿函数曲线方程：

得到参数C的值，从而得到下降沿函数曲线，下降沿函数曲线和上升沿函数曲线构成完整时域函数曲线，最后由下式的积分运算得到电度计量结果：

(F)上升沿采样点数5，下降沿采样点数0：该情况下，先取第1、2、3采样点数据，代入上升沿函数曲线方程：

得到参数A、B、τ，从而得到上升沿函数曲线；假设“采样点4为下降沿和上升沿交界点”和“采样点1为上升沿和下降沿交界点”两种情况，分别代入下降沿函数曲线方程：

得到参数C的两个估计值，从而得到两条下降沿函数曲线，下降沿函数曲线和上升沿函数曲线构成完整时域函数曲线，分别代入下式的积分运算得到两个电度计量值：

最后取两者平均值，作为此采样点下的电度估计值。

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