專利名稱：校正電網(wǎng)測控設(shè)備中相位誤差的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)測控設(shè)備中校正相位誤差的方法和裝置，特別是涉 及一種在電網(wǎng)測控設(shè)備中校正由硬件環(huán)境產(chǎn)生的電壓和電流之間相位誤差 的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在電網(wǎng)測控設(shè)備中，對于測控精度要求很高， 一般誤差要求控制在2%。 以下。而作為電網(wǎng)測控設(shè)備測控對象的各個測控參量都要基于電流和電壓這 兩個基本量的測量，這就要求測量電流和電壓時，兩者之間不能存在由于測 控設(shè)備自身所引入的誤差，以減小最終誤差的產(chǎn)生，提高測控精度，因此電 壓與電流的測量就成為控制電網(wǎng)測控系統(tǒng)精度的關(guān)鍵。
在測控設(shè)備中，對電壓和電流進行采樣測量前，電能在該設(shè)備的硬件電 路中傳輸，并且會經(jīng)過一系列處理過程，所述處理例如為通過采樣保持放大 器放大。電流與電壓在進行這種處理時是分別進行的，所以硬件環(huán)境的差異 會造成測控時的電流與電壓之間存在相位誤差。即使前述硬件環(huán)境的差異性 再小，由此產(chǎn)生的相位誤差也會存在，并嚴(yán)重影響后續(xù)測控的精度。
為了校正所述的相位誤差，目前的測控設(shè)備中采用了相位測量方法，所 述相位測量方法例如為一階線性插值、二次插值、相關(guān)分析法以及目前使用 最為廣泛的數(shù)字化相位測量方法快速傅立葉變換(FFT)等。利用上述方法， 在采樣測量電流和電壓后計算電流與電壓的相位誤差，并將這一差值傳遞到 后續(xù)測控過程中，在后續(xù)的運算、測控中加入該差值，以校正電流和電壓之 間的相位誤差，提高測控精度。
但是采用上述方法的測控設(shè)備在每次進行電網(wǎng)實際的測控時，都要進行 上述相位測量過程，實時計算相位誤差，并在后續(xù)的測控過程中加入該差值。 然而在高精度的要求下測量、計算所述的相位誤差的計算量大、消耗的時間 長，使得計算系統(tǒng)負(fù)擔(dān)很重，并且增加了處理時間。
因此，在校正所述相位誤差時，上述校正方法已經(jīng)無法滿足進一步提高 處理速度，減輕計算系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的要求，逐漸成為電網(wǎng)測控設(shè)備技術(shù)發(fā)展中的 一個瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出 一種電網(wǎng)測控設(shè)備中校正相位誤差的方法和裝 置，其采用非計算的方法， 一次性的徹底校正相位誤差，使得后續(xù)測控過程 中無須再加入所述相位誤差的計算，并且在該次校正后再次使用時也無須再 進行校正，該方法能夠滿足進一步提高處理速度，減輕計算系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的要求。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種電網(wǎng)測控設(shè)備中校正相位誤差的方法 和裝置，用于一次性校正測控設(shè)備中存在的相位誤差，所述相位誤差特別為
電流和電壓之間的相位誤差。該方法包括步驟對電壓或者電流進4亍采樣； 延遲一段時間；延時后如果前一次采樣對象為電壓則對電流進行采樣，如果 前一次采樣對象為電流則對電壓進行采樣；利用采樣得到的電流電壓值計算 無功功率，將無功功率與一閾值相比較；當(dāng)無功功率小于所述閾值時，確定 延遲時間為相位i吳差的才交正時間。
本發(fā)明的方法和裝置在實際測控前使用，以校正實際測控時進入測控設(shè) 備的電流與電壓之間由于測控設(shè)備自身硬件環(huán)境所造成的相位誤差。在所述 相位誤差校正的過程中，校正使用的電流與電壓在輸入測控設(shè)備之前相位差 為零。因為，在校正所述由測控設(shè)備自身硬件環(huán)境造成的相位誤差時，比較 無功功率的步驟中要求無功功率近似為零，即要求電壓與電流之間基本不存 在相位差，以判斷所述的相位誤差是否已經(jīng)得到校正，如果校正時輸入測控 設(shè)備的電流與電壓之間存在相角，即相位差不為零，那么該相位差將會被認(rèn) 為是由硬件電路所產(chǎn)生的相位誤差的一部分，導(dǎo)致校正值產(chǎn)生偏差，影響測 控設(shè)備的校正結(jié)果。
本發(fā)明的方法中，延遲時間的初始值可以為零，也可以在確定硬件電路 存在相位誤差的情況下設(shè)定為一個很小的時間值，以加快校正過程。
本發(fā)明的方法中，當(dāng)比較無功功率的步驟中所述無功功率大于或等于所 述閾值時，還包括調(diào)整延遲時間的步驟，并將調(diào)整后的延遲時間與采樣周期 比較，如果大于或等于采樣周期則結(jié)束校正過程，如果小于采樣周期則重新 開始進行最初的采樣步驟。在釆樣電流或電壓的步驟中，每次只對一個測量參量進行采樣，即每次 采樣時只采樣電流或只采樣電壓，電流與電壓的采樣不存在先后順序，即可 以先對電壓進行采樣，也可以先對電流進行采樣。
在計算無功功率的步驟中，計算無功功率的方法可以采用將電流與電壓 的瞬時值相乘得到無功功率值。
在比較得到的無功功率與一閾值的步驟中，該閾值可以為零，在確定硬 件電路存在一定相位誤差的情況下也可以根據(jù)所需要達(dá)到的精度確定，即無 功功率最大值與一小于或等于所述精度的因數(shù)的乘積為該闊值。
在調(diào)整延遲時間的步驟中，延遲時間的調(diào)整方法可以采用每次增大一個 固定的步長的方法，也可以采用每次增大一個變化的步長的方法。所述步長 根據(jù)測控設(shè)備的采樣周期確定。
在確定延遲時間的步驟中，將該次循環(huán)的延遲時間作為最終的延遲時間 也就是相位誤差的校正時間，并記錄在測控設(shè)備中。在后續(xù)的測控過程中， 不再需要所述的相位誤差的校正時間，因為經(jīng)過校正以后電流與電壓之間已 經(jīng)不存在相位誤差。并且在再次使用該測控設(shè)備時，也不需要再進行相位誤 差的校正，因為由測控設(shè)備自身硬件環(huán)境所造成的相位誤差不會再改變，而 該相位誤差已經(jīng)由記錄在測控設(shè)備中的相位誤差的校正時間進行校正，所以 可以直接使用該測控設(shè)備。
本發(fā)明還提出一種相應(yīng)的裝置中，該裝置包括采樣單元、計算單元、比 較單元以及記錄單元?；谂c前述方法相同的原因，在采用該裝置校正相位 誤差時，輸入測控裝置的電流和電壓之間的相位差應(yīng)當(dāng)為零。
在本發(fā)明的裝置中，采樣單元用于在一延遲時間的前、后分別對電壓、 電流或者電流、電壓進行釆樣，并將采樣得到的電壓和電流值傳送至一計算 單元；計算單元，用于接收所述電壓和電流值，以計算得到的無功功率值， 并將計算結(jié)果傳送至一比較單元；比較單元，用于接收所述無功功率值，將 無功功率與一閾值比較；記錄單元，用于所述無功功率值小于所述閾值時， 記錄所述延遲時間作為相位誤差的校正時間，以供再次對所述測控設(shè)備進行 校正時直接調(diào)用。
在本發(fā)明的裝置中，延遲時間的初始值可以為零，也可以在確定硬件電 路存在相位誤差的情況下設(shè)定為一個很小的時間值，以加快校正過程。
本發(fā)明的裝置還包括一延時單元，當(dāng)比較單元中所述無功功率大于或者等于所述閾值時，比較單元將延遲時間傳送至所述延時單元，該延時單元用 于調(diào)整延遲時間，并將調(diào)整后的延遲時間傳送至比較單元，比較單元將調(diào)整 后的延遲時間與采樣周期比較，如果大于或者等于采樣周期則結(jié)束校正過 程，如果小于采樣周期則控制采樣單元重新開始采樣。所述的閾值為零，或 者由測控設(shè)備需要達(dá)到的精度決定，即無功功率最大值與一小于或等于所述 精度的因數(shù)的乘積為該閾值。
延時單元對于延遲時間T的調(diào)整為每次增大一個固定的步長或者一個 變化的步長，所述步長根據(jù)測控設(shè)備的采樣周期確定。
本發(fā)明的方法和裝置可以在測控設(shè)備進行實際測控之前，采用非計算方 法一次性校正由測控設(shè)備自身硬件環(huán)境造成的電流與電壓之間的相位誤差， 有助于在保持測控精度的情況下，提高相位誤差校正效率，減輕計算系統(tǒng)負(fù) 擔(dān)。


圖1是本發(fā)明校正電網(wǎng)測控設(shè)備中相位誤差的方法的流程圖；以及 圖2是本發(fā)明校正電網(wǎng)測控設(shè)備中相位誤差的裝置的示意圖。
具體實施例方式
利用本發(fā)明的方法和裝置進行由測控設(shè)備自身硬件環(huán)境造成的相位誤 差時，校正所使用的電流與電壓輸入之間的相位差應(yīng)為零，即電流與電壓是 同相的。這樣是為了避免在校正過程中將該相位差計入相位誤差，影響校正 的結(jié)果。
請參閱圖1,本發(fā)明包括主要步驟
1) 對電壓或者電流進行采樣；
2) 延遲一段時間；
3) 延時后，如果步驟l)中對電壓進行采樣，則采樣電流，如果步驟1) 中對電流進行采樣，則采樣電壓；
4) 利用步驟l)與步驟3)釆樣得到的電壓和電流值計算無功功率；
5) 將步驟4)計算得到的無功功率與一閾值進行比較；以及
6) 當(dāng)所述無功功率小于所述閾值時，則記錄步驟2)中的延遲時間。 在步驟l)中，電網(wǎng)測控設(shè)備首先對電路中的電壓或者電流進行采樣，得 到該時刻的電壓或者電流值。
在步驟2)中，延遲一段延遲時間T，所述的延遲時間T的初始值根據(jù)測
控設(shè)備的硬件電路是否會存在相位誤差以及采樣周期設(shè)定，可以設(shè)定為零或
者近似為零的與采樣周期相比的極小值，例如為采樣周期為312.5微秒，延 遲時間T設(shè)定為1微秒?；谀壳暗闹圃旒夹g(shù)，硬件電路不可能完全相同， 必然會存在相位誤差，所以為了提高校正的速度，可以將延遲時間的初始值 設(shè)定為所述的極小值。
在步驟3)中，電網(wǎng)測控設(shè)備再對電路中的電流或者電壓進行采樣，得到 該時刻的電流或者電壓值，這次的采樣對象不同于上次采樣。由于已經(jīng)經(jīng)過 延遲時間T的步驟2)，所以采樣電流或者電壓的時刻比采樣電壓或者電流的 時刻晚一個延遲時間T。
在步驟4)中，利用采樣得到的電流和電壓值計算無功功率，計算方法為 例如將電壓與電流分別表示為
U二usin(cot+cp!),(公式l)以及
I二isin(cot+(p2),(^^式2)
其中，u和i分別為電壓和電流的最大值，ra為角頻率，化和cp2分別為 電壓和電流的初始相位。
視在功率為有功功率與無功功率之和，表示為 S=P+jQ，(公式3)
其中P為有功功率，Q為無功功率。 ;規(guī)在功率的計算方法為瞬時電壓與電流的乘積，表示為 S=UI,(公式4)
所以有功功率、無功功率和相位誤差的計算方法分別表示為 P二UIcoscp,(公式5) Q二UIsincp,(公式6)以及
(p二,(p2，(公式7)
在計算得到無功功率后，將其與一閾值進行比較，即進行步驟5)，如果 無功功率小于該閾值，則進入步驟6),否則進入延遲時間調(diào)整步驟。這其中 閾值可以為零，也可以根據(jù)電網(wǎng)測控設(shè)備的精度要求判斷，例如為先計算無 功功率的最大值，即電流最大值與電壓最大值的乘積U隨xI皿，再以該無功 功率最大值與電網(wǎng)測控設(shè)備要求達(dá)到的精度或高于該精度的精度相乘，所得
到的值作為該閾值，舉例說明測控設(shè)備的精度要求為2%。時，可以設(shè)定無功 功率最大值的2%。為該閾值。
在調(diào)整延遲時間的步驟中，根據(jù)采樣周期增加延遲時間T。所述增加量
為相對采樣周期的一個極小的時間量，且該增加量固定不變，例如采樣周期
為312.5微秒時，設(shè)定增加量為IO微秒。將增加量與原延遲時間T相加獲 得新的延遲時間T。在進入新的采樣過程前，比4交所述新的延遲時間和采樣 周期，當(dāng)所述延遲時間大于采樣周期時，則結(jié)束校正過程，即電流與電壓之 間的相位誤差超過現(xiàn)有硬件可以校正的范圍，需要增加額外的硬件電路；當(dāng) 所述延遲時間小于采樣周期時，則將這個新的延遲時間T作為步驟2)中的延 遲時間T，從步驟l)對電壓或者電流的采樣開始，進入新的循環(huán)。
本步驟中，為了加快校正的速度，確定增加量所采用的另一種方案為每 次定步長的增大所述的增加量。其具體方案為，設(shè)定初始的增加量為相對采 樣周期的一個極小的時間量，例如采樣周期為312.5微秒時，設(shè)定增加量初 始值為IO微秒。每次進入調(diào)整延遲時間的步驟后，使增加量比上一次進入 該步驟時的增加量增大一個固定的步長，例如為l微秒。這也就是說調(diào)整延 遲時間的增加量以一個固定步長增大，每次增加的延遲時間均與上次不同。 所述調(diào)整延遲時間的方法可以更快的找到無功功率小于無功功率最大值2%0 的點。也可以認(rèn)為，為了進一步提高校正的速度，迅速找到無功功率小于無 功功率最大值2%。的點，增加量改變的步長也可以取非固定值，或者以其他 方式改變增加量。
在步驟6)中，延遲時間T被最終確定并作為相位誤差的校正時間記錄下 來。在步驟5)中，如果無功功率達(dá)到小于無功功率最大值的2%。的要求，則 該次循環(huán)中步驟2)采用的延遲時間T,在步驟6)中被確定為相位誤差的校正 時間。所述的相位誤差的校正時間會被記錄在測控裝置中。
在記錄所述相位誤差的校正時間后，就已經(jīng)完成該測控系統(tǒng)的電流和電 壓之間相位誤差的校正。并且，由于步驟6)中記錄了所述的延遲時間，所以 在以后再次使用該測控系統(tǒng)時，無需再經(jīng)過上述校正過程，可以直接調(diào)用所 記錄的延遲時間，獲得沒有相位誤差的電流與電壓。
進一步的說，該方法的優(yōu)勢還在于，確定了相位誤差的校正時間T以后， 該測控系統(tǒng)輸出的電流與電壓之間不再具有相位誤差，所以在校正后進行的 處理過程中，無需再加入所述相位誤差的計算。
如圖2所示，本發(fā)明還提出一種校正電網(wǎng)測控設(shè)備中相位誤差的裝置，
所述裝置包括釆樣單元IO、計算單元20、比較單元30以及記錄單元50, 該裝置可能還包括延時單元40。
在對測控設(shè)備進行相位誤差的校正時，首先由采樣單元10對電流或者 電壓進行采樣，該次采樣只針對電流與電壓中的一個測量參量，可以先采樣 電壓，也可以先采樣電流。并且在延遲了一段延遲時間T后，采樣單元10 再對電壓或電流進行采樣，這次采樣的測量參量與上次采樣不同。
采樣單元10得到的電壓值和電流值被傳送至計算單元20,計算單元20 接收到電壓值和電流值后將電壓值與電流值相乘，按照公式6以及公式7計 算無功功率。計算出無功功率以后，計算單元20將計算得到的無功功率值 傳送至比較單元30。
比較單元30接收到所述的無功功率值后，將該無功功率值與一閾值進行 比較，該閾值可以為零，也可以在確定測控設(shè)備存在相位誤差的情況下根據(jù)測 控設(shè)備所需要達(dá)到的精度確定，確定方法為先計算無功功率的最大值，即電流 最大值與電壓最大值的乘積Umaxxlmax，再以該無功功率最大值與電網(wǎng)測試設(shè)備 要求達(dá)到的精度或高于該精度的精度相乘，所得到的值作為該閾值，例如測控 設(shè)備的精度要求為2%。時，可以設(shè)定無功功率最大值的2%。為該閾值。
在比較單元30中，當(dāng)無功功率小于所述閾值時，結(jié)束校正過程，將延 遲時間傳送至記錄單元50進行記錄，即記錄單元50中所記錄的延遲時間T 為相位誤差的校正時間T,如果無功功率不小于所述閾值，則比4^單元30 控制延時單元40調(diào)整延遲時間，并且在得到新的延遲時間后，延時單元40 再將所述調(diào)整后的延遲時間T傳送至比較單元30,比較單元30將該延遲時 間與采樣周期進行比較，如果該延遲時間大于或等于采樣周期，則結(jié)束校正 過程，如果該延遲時間小于采樣周期，則比較單元30控制釆樣單元IO重新 開始工作，并以調(diào)整后的延遲時間為新的延遲時間。
在延時單元40增加延遲時間時，可以采用每次增加固定的步長的方法， 也可以采用每次增加變化的步長的方法。所述步長由測控i殳備的采樣周期決 定，其中變化的步長可以是固定增加量變化，也可以是不固定增加量變化。
使用本發(fā)明的裝置可以 一次性校正由測控設(shè)備自身硬件環(huán)境造成的相 位誤差，大幅度減少校正中的運算量，提高較正效率，減輕系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。并且 采用該裝置校正相位誤差，還可以在后續(xù)的測控過程中直接得到?jīng)]有相位誤 差的電流與電壓，避免了后續(xù)測控過程中對于相位誤差的運算。
權(quán)利要求
1.一種校正電網(wǎng)測控設(shè)備中相位誤差的方法，用于校正由測控設(shè)備自身產(chǎn)生的電流與電壓之間的相位誤差，其特征在于，該方法包括步驟1)對電壓或者電流進行采樣；2)延遲一段時間；3)延時后，如果步驟1)中對電壓進行采樣，則采樣電流，如果步驟1)中對電流進行采樣，則采樣電壓；4)利用步驟1)與步驟3)采樣得到的電壓和電流值計算無功功率；5)將步驟4)計算得到的無功功率與一閾值進行比較；以及6)當(dāng)所述無功功率小于或者等于所述閾值時，確定步驟2)中所述的延遲時間為相位誤差的校正時間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，記錄所述相位誤差的校正時間， 當(dāng)再次對所述測控設(shè)備進行校正時直接調(diào)用所述相位誤差的校正時間來進 行所述校正。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟2)中所述的延遲時間的初 始值為零。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，當(dāng)步驟5)中所述無功功率大于 所述閾值時，增大所述延遲時間并將其與所述測控設(shè)備的采樣周期比較，當(dāng) 小于所述采樣周期時，重新執(zhí)行步驟l)，當(dāng)大于或等于所述采樣周期時，結(jié) 束校正過程。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，每次以固定步長增大所述延遲 時間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，每次以變化步長增大所述延遲 時間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6的方法，其特征在于，所述步長根據(jù)所述述測控 設(shè)備的釆樣周期確定。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述閾值為零。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述閾值由測控設(shè)備需要達(dá)到 的精度決定，即無功功率最大值與一小于或等于所述精度的因數(shù)的乘積決
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-6、 8-9中任意一項的方法，其特征在于，采用所述的方法進行相位誤差的校正時，輸入所述測控設(shè)備的所述電壓與電流之間 沒有相位差。
11. 一種校正電網(wǎng)測控設(shè)備中相位誤差的裝置，用于校正由測控設(shè)備自身產(chǎn)生的電流與電壓之間的相位誤差，其特征在于，所述裝置包括采樣單元(IO)，用于在一延遲時間的前、后分別對電壓、電流或者電流、電壓進行采樣，并將采樣得到的電壓和電流值傳送至一計算單元(20);所述計算單元(20)用于接收所述電壓和電流值以計算無功功率值，并將計算結(jié)果傳送至一比較單元(30);所述比較單元(30)用于接收所述無功功率值，將所述無功功率值與一閾值比較；以及一記錄單元(50)用于當(dāng)所述無功功率值小于或者等于所述閾值時記錄所 述延遲時間作為相位誤差的校正時間，以供再次對所述測控設(shè)備進行校正時 直接調(diào)用。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll的裝置，其特征在于，延遲時間的初始值為零。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其特征在于，該裝置還包括一延時單元 (40),用于當(dāng)所述無功功率值大于所述閾值時增大所述的延遲時間，并將增 大后的延遲時間傳送至所述比較單元(30),所述比較單元(30)將所述增大后 的延遲時間與所述測控設(shè)備的一采樣周期比較，當(dāng)小于所述采樣周期時，令 采樣單元(10)重新開始采樣，當(dāng)大于或者等于所述采樣周期時，結(jié)束校正過 程。
14. 根據(jù)權(quán)利要求ll的裝置，其特征在于，所述闞值為零。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其特征在于，所述閾值由測控設(shè)備需要 達(dá)到的精度決定，即無功功率最大值與 一 小于或等于所述精度的因數(shù)的乘積 決定。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其特征在于，采用所述裝置進行相位誤 差的校正時，輸入測控設(shè)備的電壓與電流之間沒有相位差。
全文摘要
本發(fā)明提出一種電網(wǎng)測控設(shè)備中校正相位誤差的方法和相應(yīng)的裝置，用于校正由于測控設(shè)備硬件電路所產(chǎn)生的電壓和電流之間的相位誤差。該方法包括對電壓或電流進行采樣；然后延遲一段時間后對電流或電壓進行采樣；計算無功功率并將其與一閾值相比較從而確定相位誤差的校正時間。本發(fā)明的方法和裝置可以一次性的校正由電網(wǎng)測控設(shè)備硬件電路所產(chǎn)生的電流和電壓的相位誤差，所以經(jīng)過本發(fā)明的方法和裝置校正后，在測控設(shè)備后續(xù)的使用中，輸入的電流和電壓之間已經(jīng)不在具有由硬件環(huán)境所產(chǎn)生的相位誤差，無需再加入相位誤差的計算，避免了后續(xù)測控過程中對于電壓和電流的相位誤差的運算，減少系統(tǒng)運算負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)處理能力。
文檔編號G01R21/06GK101339210SQ200710128340
公開日2009年1月7日 申請日期2007年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月6日
發(fā)明者勇 侯 申請人:西門子公司