一種三相電參數(shù)檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三相電參數(shù)檢測(cè)方法，采用單片機(jī)，單片機(jī)設(shè)有電壓、電流信號(hào)采集器、電能計(jì)量芯片，檢測(cè)方法在對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，在有功功率不變的前提下，針對(duì)被檢測(cè)系統(tǒng)中的諧波的無(wú)功功率做出補(bǔ)償，檢測(cè)方法還采用拉普拉斯變換對(duì)三相電參數(shù)的A/D信號(hào)進(jìn)行分析，并結(jié)合時(shí)域、復(fù)頻域兩方面的零點(diǎn)、極點(diǎn)分析，對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行精確計(jì)算和采集，單片機(jī)采用基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103VET6芯片作為主芯片。本發(fā)明在不影響測(cè)量精度的前提下，兼顧系統(tǒng)運(yùn)算速度的同時(shí)降低系統(tǒng)的成本，對(duì)系統(tǒng)中的諧波的無(wú)功功率做出補(bǔ)償，科學(xué)采集和處理所獲得的三相電參數(shù)。
【專利說(shuō)明】-種H相電參數(shù)檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種H相電參數(shù)檢測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中H相電參數(shù)的檢測(cè)方法主要有W下幾種：一是利用電壓互感器和電 流互感器收集H相電參數(shù)的電壓和電流信號(hào)，然后將獲得的小信號(hào)通過(guò)專用的電能計(jì)量芯 片，計(jì)量芯片計(jì)算后將數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)整合計(jì)算所得的數(shù)據(jù)并顯示；二是將電壓 信號(hào)直接分壓接入A/D芯片（模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片），得出實(shí)時(shí)的電壓數(shù)值，電流通過(guò)電流互感器 將獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，再通過(guò)A/D芯片，得出實(shí)時(shí)電流數(shù)值，最后將所得 的數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)并顯示；H是同樣是利用電流互感器和電壓互感器 采集信號(hào)，然后將數(shù)據(jù)傳輸給DSP芯片（數(shù)字信號(hào)處理芯片），直接進(jìn)行數(shù)字處理；
[0003] 上述H相電參數(shù)檢測(cè)方法主要存在的問(wèn)題有：一是由于H相電需要測(cè)量的參數(shù)眾 多，不使用專用電能計(jì)量芯片的話，系統(tǒng)軟件中計(jì)算的部分會(huì)很復(fù)雜，而且計(jì)算的精度也有 待商権，使用專用電能計(jì)量芯片也存在計(jì)量芯片的計(jì)量準(zhǔn)確度和計(jì)量誤差的影響，W及對(duì) 于計(jì)量芯片給出的數(shù)值如何正確利用的問(wèn)題；二是相對(duì)于使用DSP芯片來(lái)計(jì)算，使用單片 機(jī)的成本要低很多，但是普通單片機(jī)的計(jì)算速度難W滿足要求；H是現(xiàn)有技術(shù)對(duì)H相電的 研究都只是停留在簡(jiǎn)單讀取電能芯片數(shù)值或是計(jì)算基波的有功功率，對(duì)系統(tǒng)的諧波沒(méi)有足 夠的關(guān)注和處理；
[0004] 諧波是指除了基本頻率巧OHz)外的任何頻率的周期性電壓、電流信號(hào)，在電力系 統(tǒng)中諧波的危害十分嚴(yán)重，諧波使電能的產(chǎn)生、傳輸和利用的效率降低，使設(shè)備過(guò)熱、產(chǎn)生 振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀，諧波可引起電力系統(tǒng)局部 并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀，諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和 自動(dòng)裝置誤操作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂，對(duì)于電力系統(tǒng)外部，諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì) 產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有H相電參數(shù)檢測(cè)方法存在的問(wèn)題，提供一種在不影響測(cè)量 精度的前提下，兼顧系統(tǒng)運(yùn)算速度的同時(shí)降低系統(tǒng)的成本，對(duì)系統(tǒng)中的諧波的無(wú)功功率做 出補(bǔ)償，科學(xué)采集和處理參數(shù)的H相電參數(shù)檢測(cè)方法。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：一種H相電參數(shù)檢測(cè)方法，采用單 片機(jī)，單片機(jī)設(shè)有電壓、電流信號(hào)采集器、電能計(jì)量芯片，所述的檢測(cè)方法在對(duì)電壓、電流信 號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，在有功功率不變的前提下，針對(duì)被檢測(cè)系統(tǒng)中的諧波的無(wú)功功率做出補(bǔ)償， 所述檢測(cè)方法還采用拉普拉斯變換對(duì)H相電參數(shù)的A/D信號(hào)進(jìn)行分析，并結(jié)合時(shí)域、復(fù)頻 域兩方面的零點(diǎn)、極點(diǎn)分析，對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行精確計(jì)算和采集。本方案的測(cè)量?jī)x器具 有常用的232通信接口供用戶使用，也方便系統(tǒng)的調(diào)試；根據(jù)計(jì)算采集的參數(shù)獲得系統(tǒng)的 諧波無(wú)功功率，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償；本方案使用拉普拉斯變換的方法對(duì)H相電數(shù)的A/D 信號(hào)進(jìn)行分析，拉普拉斯變換是將時(shí)間函數(shù)變換為復(fù)變函數(shù)，或做相反變換，該時(shí)，時(shí)域變 量t雖是實(shí)數(shù)，復(fù)頻域函數(shù)中的變量S卻是復(fù)數(shù)，從物理意義看，相對(duì)于傅里葉變換，拉普拉 斯是將頻率W變換為復(fù)頻域S，W只能描述振蕩的重復(fù)頻率，而S不僅能給出重復(fù)頻率，還可 W表示振蕩幅度的增長(zhǎng)速度或衰減速率。
[0007] 作為優(yōu)選，所述的單片機(jī)采用基于Codex-M3內(nèi)核的STM32F103VET6芯片作為主 芯片，所述的電能計(jì)量芯片設(shè)有功率偏移寄存器、溫度寄存器、基波無(wú)功功率寄存器、溫度 偏移寄存器。本方案使用基于Codex-M3內(nèi)核STM32F103VET6高級(jí)芯片作為主芯片來(lái)計(jì)算 測(cè)量H相電參數(shù)，由于該芯片高速、低功耗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，擺脫了傳統(tǒng)單片機(jī)電參數(shù)測(cè) 量方法精度不夠高，并行處理能力弱的問(wèn)題，相對(duì)于DSP芯片的設(shè)計(jì)成本又較低，另外大大 提高了運(yùn)算速度；功率偏移寄存器：可W通過(guò)對(duì)功率偏移寄存器的寫入修正系統(tǒng)的芯片的 誤差，使系統(tǒng)的測(cè)量值更加準(zhǔn)確；溫度寄存器：在讀取數(shù)據(jù)的同時(shí)記錄當(dāng)時(shí)的溫度值，根據(jù) 不同的溫度對(duì)儀器的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的溫度補(bǔ)償，將補(bǔ)償?shù)臄?shù)值寫入溫度偏移寄存器； 基波無(wú)功功率寄存器：可W通過(guò)該寄存器的值間接得到諧波無(wú)功功率數(shù)值，進(jìn)而分析系統(tǒng) 的無(wú)功功率對(duì)系統(tǒng)的影響；溫度偏移寄存器；通過(guò)對(duì)該寄存器的寫入可W對(duì)系統(tǒng)隨溫度變 化的現(xiàn)象進(jìn)行必要的修正。
[0008] 作為優(yōu)選，所述的檢測(cè)方法對(duì)被檢測(cè)系統(tǒng)中的諧波的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償包括；1) 通過(guò)計(jì)算獲得被檢測(cè)系統(tǒng)的諧波無(wú)功功率，2)通過(guò)并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。一般待檢測(cè) 電力系統(tǒng)存在視在功率（S)、有功功率（P)、無(wú)功功率怕)、系統(tǒng)基波無(wú)功功率（Qb)，其中S、 P、Q之間存在W下關(guān)系，可W用功率直角H角形來(lái)表示，兩直角邊分別為Q和P，斜邊為S，S 和P之間的夾角為功率因數(shù)角，它反映了該交流電路中電壓和電流之間的相位差，本方 案中，首先通過(guò)實(shí)時(shí)電壓電流獲得視在功率，在數(shù)值上是交流電路中電壓和電流的乘積，然 后讀取系統(tǒng)的有功功率，通過(guò)功率H角形計(jì)算系統(tǒng)的無(wú)功功率，即妒=S 2-P2,然后減去系 統(tǒng)基波的無(wú)功功率，最后得到系統(tǒng)的諧波無(wú)功功率A= Q-Qb;獲得Q y后，利用無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑?理，通過(guò)并聯(lián)電容器進(jìn)行補(bǔ)償，無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹硎牵话丫哂腥菪怨β守?fù)荷的裝置與感性 功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換，該樣，感性負(fù)荷所需要的無(wú)功 功率可由容性負(fù)荷輸出的無(wú)功功率補(bǔ)償；并聯(lián)電容器安裝容量的選擇，可根據(jù)使用目的的 不同，按改善功率因數(shù)，提高運(yùn)行電壓和降低線路損失等因素來(lái)確定，按改善功率因數(shù)確定 補(bǔ)償容量的方法簡(jiǎn)便、明確，為國(guó)內(nèi)外所通用。
[0009] 作為優(yōu)選，所述的檢測(cè)方法通過(guò)單位時(shí)間內(nèi)多次讀取電能計(jì)量芯片內(nèi)參數(shù)值，求 和后獲取平均值。瞬時(shí)電流、電壓、功率，該幾個(gè)參數(shù)可W直接從電能計(jì)量芯片的寄存器中 讀取，由于是瞬時(shí)值，寄存器中數(shù)據(jù)會(huì)因?yàn)椴煌牟杉俣榷煌?，為了精確起見，可W多 次讀取寄存器的數(shù)值，然后求和取平均，得到準(zhǔn)確值。
[0010] 因此，本發(fā)明具有如下有益效果；（1)在不影響測(cè)量精度的前提下，兼顧系統(tǒng)運(yùn)算 速度的同時(shí)降低系統(tǒng)的成本；（2)對(duì)系統(tǒng)中的諧波的無(wú)功功率做出補(bǔ)償；（3)科學(xué)采集和處 理所獲得的H相電參數(shù)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是本發(fā)明的一種原理示意圖。
[0012] 圖2是本發(fā)明的功率H角形示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0014] 一種H相電參數(shù)檢測(cè)方法，原理如圖1所示，采用單片機(jī)，單片機(jī)設(shè)有電壓、電流 信號(hào)采集器、電能計(jì)量芯片，檢測(cè)方法在對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，在有功功率不變的 前提下，針對(duì)被檢測(cè)系統(tǒng)中的諧波的無(wú)功功率做出補(bǔ)償，檢測(cè)方法還采用拉普拉斯變換對(duì) S相電參數(shù)的A/D信號(hào)進(jìn)行分析，并結(jié)合時(shí)域、復(fù)頻域兩方面的零點(diǎn)、極點(diǎn)分析，對(duì)電壓、電 流信號(hào)進(jìn)行精確計(jì)算和采集，單片機(jī)采用基于Codex-M3內(nèi)核的STM32F103VET6芯片作為 主芯片，電能計(jì)量芯片，采用CS5463,設(shè)有功率偏移寄存器、溫度寄存器、基波無(wú)功功率寄存 器、溫度偏移寄存器，檢測(cè)方法通過(guò)單位時(shí)間內(nèi)多次讀取電能計(jì)量芯片內(nèi)參數(shù)值，求和后獲 取平均值，檢測(cè)方法對(duì)被檢測(cè)系統(tǒng)中的諧波的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償包括：1)通過(guò)計(jì)算獲得被 檢測(cè)系統(tǒng)的諧波無(wú)功功率，2)通過(guò)并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。
[0015] 具體實(shí)施過(guò)程是，待檢測(cè)系統(tǒng)的基波無(wú)功功率記為斯，單片機(jī)通過(guò)單位時(shí)間內(nèi)多 次讀取電能計(jì)量芯片內(nèi)參數(shù)值，通過(guò)對(duì)功率偏移寄存器、溫度寄存器、基波無(wú)功功率寄存 器、溫度偏移寄存器的數(shù)值讀取來(lái)修正系統(tǒng)的芯片的誤差，使用拉普拉斯變換的方法對(duì)H 相電數(shù)的A/D信號(hào)進(jìn)行分析，使系統(tǒng)的測(cè)量值更加準(zhǔn)確，求和后獲取電流、電壓、有功功率 的平均值，分別記為I、U、P，然后分別計(jì)算視在功率S、無(wú)功功率Q，其中，S = IxU，通過(guò)圖2 所示功率H角形可知妒=S 2-P2,開方后得出無(wú)功功率Q數(shù)值，再計(jì)算待檢測(cè)系統(tǒng)的諧波無(wú) 功功率Q,，Q,= Q-Qb，獲得也后，利用無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑?，通過(guò)并聯(lián)電容器進(jìn)行補(bǔ)償；
[0016] 電容器安裝容量的選擇，利用上述所得A，根據(jù)功率之間的向量關(guān)系，可W求出無(wú) 功補(bǔ)償容量化，計(jì)算公式如下所示，
[0017]

【權(quán)利要求】
1. 一種三相電參數(shù)檢測(cè)方法，采用單片機(jī)，單片機(jī)設(shè)有電壓、電流信號(hào)采集器、電能計(jì) 量芯片，其特征在于，所述的檢測(cè)方法在對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，在有功功率不變的 前提下，針對(duì)被檢測(cè)系統(tǒng)中的諧波的無(wú)功功率做出補(bǔ)償，所述檢測(cè)方法還采用拉普拉斯變 換對(duì)三相電參數(shù)的A/D信號(hào)進(jìn)行分析，并結(jié)合時(shí)域、復(fù)頻域兩方面的零點(diǎn)、極點(diǎn)分析，對(duì)電 壓、電流信號(hào)進(jìn)行精確計(jì)算和采集。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相電參數(shù)檢測(cè)方法，其特征是，所述的單片機(jī)采用基 于Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103VET6芯片作為主芯片，所述的電能計(jì)量芯片設(shè)有功率偏移 寄存器、溫度寄存器、基波無(wú)功功率寄存器、溫度偏移寄存器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相電參數(shù)檢測(cè)方法，其特征是，所述的檢測(cè)方法對(duì)被 檢測(cè)系統(tǒng)中的諧波的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償包括：1)通過(guò)計(jì)算獲得被檢測(cè)系統(tǒng)的諧波無(wú)功功 率，2)通過(guò)并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相電參數(shù)檢測(cè)方法，其特征是，所述的檢測(cè)方法通過(guò) 單位時(shí)間內(nèi)多次讀取電能計(jì)量芯片內(nèi)參數(shù)值，求和后獲取平均值。
【文檔編號(hào)】G01R21/133GK104502686SQ201410814383
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月22日
【發(fā)明者】路國(guó)衛(wèi), 朱慶, 王江峰, 郎向榮 申請(qǐng)人:杭州威衡科技有限公司