CN112230054A - 一种谐波含有量和功率计算方法 - Google Patents

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刁瑞朋
韩斌
焦再强
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Abstract

本发明涉及一种谐波含有量和功率计算方法，包括如下步骤：S1.采样被测系统的一个周波的电压和电流值，采样点数为正整数M，将电压、电流信号模数转换成数字量，系统的采样率Fs需满足Fs＝5000Hz；S2.对电压、电流采样点进行50n Hz频点的DFT运算，得各次谐波的同相分量幅度和正交分量幅度，各频点DFT所需的三角函数计算通过查找表法进行；S3.计算电压、电流各次谐波的谐波含有量；S4.计算各次谐波含有量的相角的正弦值和余弦值；S5.采用和角公式对相角正弦值和余弦值进行修正；S6.利用和角公式计算各次谐波电压电流之间的夹角；S7.计算各次谐波的有功功率、无功功率、视在功率。

Description

一种谐波含有量和功率计算方法
技术领域
本发明属于电力系统电能计量领域，具体涉及一种谐波含有量和功率计算方法。
背景技术
众所周知，谐波污染问题对电力系统的安全、稳定、经济运行构成了一定威胁；所以，基波、谐波电参量准确检测和计量是电网电能计量的一项重要技术指标。近几年，新颁布的技术标准也对这一指标提出了更高的要求，如 GB/T17215.302—2013对有功基波、谐波电能计量精度有明确要求。
电力谐波分析通常采用FFT(快速傅里叶变换)算法，当出现非整周波的截断 (即非同步采样)时会发生栅栏效应和频谱泄露，影响谐波分析精度。针对FFT 分析算法的不足，目前普遍采用的解决办法是加窗频域插值法，即通过加窗函数可以消除频谱泄露引起的误差，通过频域插值算法可以消除栅栏效应引起的误差。已有技术的不足之处在于这些操作运算量都很大，就算得以实现，也会要占用绝大部分处理器资源，实时性会大打折扣。所以设计一种实现更简便，运算量更小，而且能确保谐波含有量、失真度、功率计算满足精度要求的算法尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现更加简便、运算量更小且计算准确的谐波含有量和功率的计算方法。
本发明的技术方案为：一种谐波含有量和功率计算方法，包括如下步骤：
S1.采样被测系统的一个周波的电压和电流值，采样点数为正整数M，将电压、电流信号模数转换成数字量，系统的采样率Fs需满足Fs＝5000Hz,由此的M＝100；
S2.对电压、电流采样点进行50n Hz频点的DFT运算，其中 1<n<HARM_NUM,HARM_NUM为所需计量的谐波最高次数，本系统HARM_NUM最高可为50，可得各次谐波的同相分量幅度Re_I(n)、Re_U(n),正交分量幅度Im_I(n)、 Im_U(n),幅度Am_I(n)、Am_U(n)，各频点DFT所需的三角函数计算，可通过查找表法进行，可节省计算时间；
S3.计算电压、电流各次谐波的谐波含有量，计算公式为Countent_I(n)＝ Am_I(n)/Am_I(1),Countent_U(n)＝Am_U(n)/Am_U(1)；
S4.由步骤2获得的数据可以计算各次谐波含有量的相角的正弦值和余弦值；
S5.采用和角公式对步骤4获得的相角正弦值和余弦值进行修正，获得各次谐波的准确相角正弦值和余弦值，其中各次谐波正余弦值的修正值可通过给系统加相角为0的各次谐波工况来测得；
S6.由步骤5算得的各次谐波的电压和电流值的正余弦值，利用和角公式计算各次谐波电压电流之间的夹角；
S7.由基波电压、电流的幅值，结合计算出的各次谐波含有量的值和相角正余弦值，可计算各次谐波的有功功率、无功功率、视在功率。
本发明的特征在于计算量小，可在成本低廉的低性能芯片上部署，同时，本发明也有一定的局限性，为了节省计算资源，限定了系统的采样率；本发明的方法适用于工况较为稳定不会短时突变的电力系统谐波计量。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
以下通过具体事例和附图对本发明进行详细的说明。系统采样率5000Hz。如图1所示为部署的算法的执行过程：
S1.采样被测系统的一个周波的电压和电流值，采样点数为正整数M，将电压、电流信号模数转换成数字量，系统的采样率Fs需满足Fs＝5000Hz,由此的M＝100；
S2.对电压、电流采样点进行50n Hz频点的DFT运算，其中 1<n<HARM_NUM,HARM_NUM为所需计量的谐波最高次数，本系统HARM_NUM最高可为50，可得各次谐波的同相分量幅度Re_I(n)、Re_U(n),正交分量幅度Im_I(n)、 Im_U(n),幅度Am_I(n)、Am_U(n)，各频点DFT所需的三角函数计算，可通过查找表法进行，可节省计算时间；
S3.计算电压、电流各次谐波的谐波含有量，计算公式为Countent_I(n)＝Am_I(n)/Am_I(1),Countent_U(n)＝Am_U(n)/Am_U(1)；
S4.由步骤2获得的数据可以计算各次谐波含有量的相角的正弦值和余弦值；
S5.采用和角公式对步骤4获得的相角正弦值和余弦值进行修正，获得各次谐波的准确相角正弦值和余弦值，其中各次谐波正余弦值的修正值可通过给系统加相角为0的各次谐波工况来测得；
S6.由步骤5算得的各次谐波的电压和电流值的正余弦值，利用和角公式计算各次谐波电压电流之间的夹角；
S7.由基波电压、电流的幅值，结合计算出的各次谐波含有量的值和相角正余弦值，可计算各次谐波的有功功率、无功功率、视在功率。
采用该算法的电能表，谐波计量可满足1级精度要求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种谐波含有量和功率计算方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.采样被测系统的一个周波的电压和电流值，采样点数为正整数M，将电压、电流信号模数转换成数字量，系统的采样率Fs需满足Fs＝5000Hz,由此的M＝100；
S2.对电压、电流采样点进行50n Hz频点的DFT运算，其中1<n<HARM_NUM,HARM_NUM为所需计量的谐波最高次数，本系统HARM_NUM最高可为50，可得各次谐波的同相分量幅度Re_I(n)、Re_U(n),正交分量幅度Im_I(n)、Im_U(n),幅度Am_I(n)、Am_U(n)，各频点DFT所需的三角函数计算，可通过查找表法进行，可节省计算时间；
S3.计算电压、电流各次谐波的谐波含有量，计算公式为Countent_I(n)＝Am_I(n)/Am_I(1),Countent_U(n)＝Am_U(n)/Am_U(1)；
S4.由步骤2获得的数据可以计算各次谐波含有量的相角的正弦值和余弦值；
S5.采用和角公式对步骤4获得的相角正弦值和余弦值进行修正，获得各次谐波的准确相角正弦值和余弦值，其中各次谐波正余弦值的修正值可通过给系统加相角为0的各次谐波工况来测得；
S6.由步骤5算得的各次谐波的电压和电流值的正余弦值，利用和角公式计算各次谐波电压电流之间的夹角；
S7.由基波电压、电流的幅值，结合计算出的各次谐波含有量的值和相角正余弦值，可计算各次谐波的有功功率、无功功率、视在功率。
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