[发明专利]基于Walsh变换算法的电子式无功功率表

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子式无功功率表，属于电能表技术领域。

背景技术

在电力系统中，无功功率是十分重要的电量参数，无功的大小直接影响电力系统的传输效率和电能质量的好坏。传统的电子式无功电能计量技术的核心是采用电子器件及其电路构成计量环节，采取的方法有移相法，间接测量法，积分法等，这些测量方法采用了模拟电子技术或者是数字电子技术。过去的十多年里，针对正弦和多谐波(存在谐波畸变)条件下的电力系统研究了许多不同的测量无功功率的方法。文章《采用小波变换的功率测量方法》(《计量学报》2003年第1期)提出一种基于小波变换的功率计算方法，这种以小波变换为基础的功率测量系统需要对输入电压信号进行移相操作。尽管基于数字或模拟滤波器算法的傅里叶变换可以计算无功功率而不需移相操作，但是在利用傅里叶算法计算无功功率时需要大量的乘法和加法运算。例如，一个十六点序列的离散傅里叶变换(DFT)需要16²＝256个复杂的乘法运算和16×15＝240个复杂的加法运算。然而，以傅里叶变换为基础的算法在计算过程上还是非常复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是求出瞬时功率中的无功功率成分而不需要电压波形与电流波形之间移相π/2，计算过程相对简单。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于Walsh变换算法的电子式无功功率表，包括依次相连的模拟乘法器、模数转换器、乘法器、可逆计数器和显示器，控制逻辑分别与模数转换器、乘法器、可逆计数器和显示器、数字采样器相连。

前述的基于Walsh变换算法的电子式无功功率表，其特征在于：电压信号u(t)和电流信号i(t)输入给模拟乘法器，模拟乘法器输出连续的功率波形，该波形与式(1)p(t)＝P-[Pcos2wt+Q sin 2wt]中瞬时功率p(t)成比例；

模拟乘法器的输出给模数转换器；

数字采样器把输入的模拟电压信号转变为数字电压信号，模数转换器把输入信号p(t)转化成数字输出信号p(n)，p(n)由式(7)

模数转换器的输出信号通过乘法器供给可逆计数器，模数转换器的输出通过乘法器连接到可逆计数器的加计数端或减计数端，以p(n)的过零点为起点，p(n)两个周期平均分为四个部分，p(n)的第一和第三个四分之一部分输入到加计数端，p(n)的第二和第四个四分之一部分输入到可逆计数器的减计数端；

依据式(14)计算到输入信号的第二周期末端时可逆计数器中余数就等于所研究电路的无功功率，利用显示器显示可逆计数器的二进制输出，

其中为电压和电流波形之间的相位角，w＝2π/T，T是u(t)的循环周期，t为周期中的任一瞬时时刻，n＝0，1，2，……，N-1，N是采样数，N是由抽样定理决定的，N＝T/Ts，Ts是采样周期i是沃尔什函数的阶数，i＝0，1，2，K，N-1，β_k是沃尔什函数的参数。

前述的基于Walsh变换算法的电子式无功功率表，其特征在于：所述模拟乘法器采用AD633，模数转换器采用ADC0804。

前述的基于Walsh变换算法的电子式无功功率表，其特征在于：所述数字采样器产生的采样信号的频率与输入信号频率相对应。

前述的基于Walsh变换算法的电子式无功功率表，其特征在于：数字采样器包括零交叉探测器、逻辑控制器、时钟信号发生器、二进制纹波计数器、二进制存储器、二进制计数器、代码产生器，零交叉探测器产生脉冲输入至控制逻辑器，该脉冲的循环周期与输入电压信号u(t)的周期成比例，控制逻辑器使时钟的输出脉冲通过二进制纹波计数器输出到二进制存储计数器，二进制存储计数器的输出端接代码产生器，通过控制逻辑器时钟脉冲连续不断的输入到二进制计数器，代码比较器把二进制存储计数器的并行输出和二进制计数器的输出作比较。

本发明所达到的有益效果：本发明中，Walsh变换把要分析的信号分解成矩形波而不是正弦波形，计算速度更快，而且以Walsh变换为基础的算法只包括加法和减法运算，所以大大简化了无功测量的硬件实现；Walsh变换算法不需要电压信号、电流信号之间移相π/2。

附图说明

图1是(1)式定义的功率成分的图解，u(t)＝2.4sin wt，i(t)＝0.5sin(wt-0.5)

图2是三阶Walsh函数波形。

图3是等式(2)右边各项的波形。

图4是β_k的最后三位系数的时间表示法。