分量預估初值丄〇， 電壓正弦分量預估初值_^1、@2、···、@N，電壓余弦分量預估初值@1、￡^2、···估計頻率 預估初值fl、|>、…、|> ,電流正弦分量預估初值社1、社2、…、g_N，電流余弦分量預估初值紅1、 @2、…、4n，沒有特別限制。優選地，均設定為0。
[0083] 假設被測電壓信號表示為u(t) = Uo+Uisin(wit+9i)+U2sin(W2t+92)+…+UNsin(WNt+ Θν)，被測電流信號表示為雄)=而+細汁妁)+ /2Sin(w2什灼)+...+/\sin(uv+物)。若對于下 標η分別取值為1，2，…，N，實際頻率都滿足an < wn〈a2n，則經過上述方法分析之后，直流功 率Ρ ο收斂到υ ο I ο，有功功率P n、無功功率Q n、視在功率S n分別收斂到 0,5仏/"cos(隊-%)、0·5仏/" sin的廠外,），0 · 5UnIn，當視在功率Sn不等于0時，功率因數ξη收斂到 cos(漢,，")。
[0084] 以下結合實例說明本發明的基于指定交流成分的用電特性計量方法的有效性。
[0085] 例如：被測電壓信號為11 = 11()+1]18；[11(?^+91)+1]28；[11(?^+92)+1]38；[11(?^ + 93)，被測 電流信號為?_=/。+/丨如("'|汁^|)+/ :^("'?/.+把）+/說11(川：^+_)，.其中三個交流頻率￥1、 ￥2、￥3單 位為弧度/秒，各個參數隨時間t的變化如表1所示，其中31為圓周率，對應的直流功率如圖3 所示，交流有功功率1如圖4-a、交流無功功率1如圖4-b所示，交流有功功率2如圖5-a、交流 無功功率2如圖5-b所示，交流有功功率3如圖6-a、交流無功功率3如圖6-b所示。
[0086] 表 1
[0087]
[0088] 為通過變化曲線說明本發明的基于指定交流成分的用電特性計量方法的有效性， 定義功率跟蹤總誤差errps:
[0089]
[0090] 定義功率因數跟蹤總誤差err。為：
[0091]
[0092]設采樣周期T = 0.1毫秒，首先以T秒為采樣周期，定時對被測電壓和電流信號進行 同時采樣，獲得采樣數據形成離散時間序列，再按照圖1所示的離線分析實施方式，編寫程 序在計算機中仿真運行。設定~=34=10，￥ = 200，(1=10-8;設定€[1、€[2、€[3、€[4、€[ 5、€[6的值依次 為 8031、100JT、14031、16031、1803T、2103T;設定估計頻率負汀2、6的初值依次為8531、15031、19531。 設定電壓直流分量UQ、電壓正弦分量8111、8112、8113、電壓余弦分量0111、0112、0113、電流直流分量 10、電流正弦分量8；[1、812、813、電流余弦分量0；[1、(^2、(^3的初值均為0。
[0093] 設定電壓直流分量增量處、電流直流分量增量丄0、電壓正弦分量預估初值逆1、逆2、 @3,電壓余弦分量預估初值￡^1、￡^2、￡^3，估計頻率預估初值，電流正弦分量預估初 值社1、社2、社3，電流余弦分量預估初值￡j_l、￡j_2、￡j_3均為0。
[0094] 圖7和圖8分別描繪了仿真運行所得功率跟蹤總誤差erpjP功率因數跟蹤總誤差 err。，圖7用于說明本發明的基于指定交流成分的用電特性計量方法計量直流功率以及交 流有功功率、無功功率、視在功率的性能，圖8用于說明本發明的基于指定交流成分的用電 特性計量方法計量功率因數的性能。圖7和圖8表明在電壓和電流的幅值和相角還是交流頻 率發生跳變的情況下，本發明的含直流和多種交流成份的電功率計量方法所計量的直流功 率、各交流成分的有功功率、無功功率、視在功率和功率因數總能分別收斂到各自的實際 值。
[0095] 以上實施例僅為本發明的示例性實施例，不用于限制本發明，本發明的保護范圍 由權利要求書限定。本領域技術人員可以在本發明的實質和保護范圍內，對本發明做出各 種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應視為落在本發明的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種基于指定交流成分的用電特性計量方法，其特征在于，該計量方法包括W下步 驟： 1. W設定周期T同時對用電設備的電壓和電流進行采集，W得到同一時刻的電壓和電 流的采樣數據； 2) 根據指定的交流成分個數，采用預估-校正算法獲取電壓和電流的直流分量、各交流 的估計頻率W及電壓與電流的正弦分量和余弦分量； 3) 根據獲取的電壓和電流的直流分量、各交流的估計頻率W及電壓與電流的正弦分量 和余弦分量計算用電特性，包括直流功率、交流成分的有功功率、無功功率、視在功率和功 率因數。2. 根據權利要求1所述的基于指定交流成分的用電特性計量方法，其特征在于，所述步 驟2)中電壓和電流的直流分量、各交流的估計頻率W及電壓與電流的正弦分量和余弦分量 的計算過程如下： A.設定電壓直流分量預估初值3〇、電流直流分量預估初值心、電壓正弦分量預估初值 哩。、電壓余弦分量預估初值估計頻率預估初值￡n、電流正弦分量預估初值社。、電流余 弦分量預估初值￡in; B .計算電壓直流分量預估值Mf、電流直流分量預估值塔、電壓正弦分量預估值Wf、電 壓余弦分量預估值CMf、估計頻率預估值.於、電流正弦分量預估值和電流余弦分量預估 值媒，其中T為采樣周期，N為指定交流成分的個數，V為帶寬，r為頻率估計增益，0<r<106，d為 歸一化參數，UO為電壓直流分量，SUN為電壓正弦分量，CUN為電壓余弦分量、fN為估計頻率 值，i 0為電流直流分量，S In為電流正弦分量，C In為電流余弦分量； C.根據步驟B的計算結果計算電壓直流分量校正值 <、電流直流分量校正值《、電壓正 弦分量校正值wC、電壓余弦分量校正值c!<,、估計頻率校正值嚴、電流正弦分量校正值城； 和電流余弦分量校正值戲，D. 令步驟C中的得到校正值為所述步驟3)中相應的電壓和電流的直流分量、各交流的 估計頻率W及電壓與電流的正弦分量和余弦分量的值，即E. 根據新得到預估初值，更新電壓直流分量預估初值HO、電流直流分量預估初值心、電 壓正弦分量預估初值些n、電壓余弦分量預估初值些n、估計頻率預估初值fn、電流正弦分量 預估初值苗n和電流余弦分量增量社n，3.根據權利要求2所述的基于指定交流成分的用電特性計量方法，其特征在于，所述步 驟3)中直流功率、交流成分的有功功率、無功功率、視在功率和功率因數的計算公式如下： Po = Uo ? io其中Po為直流功率，Pn為交流成分的有功功率，Qn為無功功率，Sn為視在功率，In為功率 因數。4. 根據權利要求3所述的基于指定交流成分的用電特性計量方法，其特征在于，所述的 計量方法既可采用離線方式實現，也可采用在線方式實現。5. 根據權利要求4所述的基于指定交流成分的用電特性計量方法，其特征在于，所述離 線方式適用于保存在存儲器件中的按要求定時采樣得到的電壓和電流信號的離散時間序 列，其采樣和計算分開進行，先W設定的周期定時采樣被測信號，并將所得采樣數據存儲在 存儲器中，形成離散時間序列，然后再對離散時間序列進行計算。6. 根據權利要求4所述的基于指定交流成分的用電特性計量方法，其特征在于，所述在 線方式適用于對被測信號的每組采樣數據進行實時計算處理。7. 根據權利要求6所述的基于指定交流成分的用電特性計量方法，其特征在于，對于在 線方式，交流成份個數N和采樣周期T還應該滿足(N+1) A t<T，其中A t表示執行一遍定時 中斷步驟所需要的最大時間。
【專利摘要】本發明涉及一種基于指定交流成分的用電特性計量方法，該方法首先按要求定時對用電設備電壓和電流進行同時采樣和量化，以得到同一個時刻的電壓采樣數據和電流采樣數據；然后通過預估—校正算法獲得電壓和電流的直流分量，以及各交流的估計頻率以及電壓與電流的正弦分量和余弦分量，最后計算反映其用電特性的量，包括：直流功率以及交流成分的有功功率、無功功率、視在功率和功率因數。本發明以預估-校正算法直接得到估計頻率及對應的電壓正弦分量、電壓余弦分量、電流正弦分量和電流余弦分量，從而獲得該頻點的有功功率、無功功率、視在功率和功率因數，不需要計算正弦函數和余弦函數，運算量小，易于在計算機上編程實現。
【IPC分類】G01R21/00, G01R21/06
【公開號】CN105510698
【申請號】CN201510865996
【發明人】張長江, 黃明山, 劉永光, 李如意, 王曉換, 方旭, 熊章學, 王軍, 都正周, 徐景濤, 韓林峰, 徐坤樂
【申請人】河南許繼儀表有限公司, 許繼集團有限公司, 國家電網公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月1日