[发明专利]一种三相高精度谐波电能表

说明书

本发明提供了一种三相高精度谐波电能表，包括依次相连的频率测量模块、采样控制模块、幅值与相位计算模块、谐波相位补偿模块、谐波电能累计模块。本发明的有益效果是：1.采用硬件测频与软件测频相结合的方式，并借助于软硬件滤波措施消除高次谐波对测频的干扰，从源头上确保整周期采样；2.M2采样控制模块采用PWM+DMA自动控制的方式，采样过程无需CPU干预，确保高采样率下数据处理效率及可靠性；3.M3幅值与相位计算模块采用素因子与子组算法，降低频率波动和谐波幅值波动带来的影响，并提升一致性；4.M4谐波相位补偿模块对每个谐波功率相角进行精确补偿，实现高精度谐波功率测量，从而实现高精度谐波电能累计。

技术领域

本发明涉及电网电能计量领域，尤其涉及一种三相高精度谐波电能表。

背景技术

能源互联网、智能电网的建设，在解决能源问题、降低碳排放、提升电网可靠性与自动化水平的同时，因其大量使用电力电子技术、非线性负载，也使得电网的谐波污染越来越严重。谐波污染给电网设备造成危害的同时，也给电能计量及需量测量精度带来影响，影响计量的公正性，带来经济利益纠纷。其主要原因是当前计费用电能表基本都采用全波算法，对于非线性负载用户不仅向电网输出谐波、反而还少缴电费，线性用户受谐波污染时，不仅承受谐波带来的危害，还要多缴电费。

为解决上述问题，国内外研究提出了谐波电能单独计量的技术方案，并研制了相关产品。但从目前研究及产品应用情况来看，谐波计量精度及在各种影响下的一致性还需提升，重点需要解决如下技术问题：

1)频率跟踪精度需要进一步提升。进行DFT计算的一个重要前提是确保采样值按当前频率进行整周期、等间隔采样，如果频率跟踪不准确，造成非整周期采样，将导致频谱泄露，严重影响谐波计量精度；尤其在谐波畸变严重的情况下，采用普通的过零点检测方法已经无法满足要求，需要进一步改进其方法；

2)由于传感转换回路特性及相邻回路之间的高频串扰，造成硬件采样回路在不同频率下的相位特性不一样。实测表明，电流互感器在不同频率下的响应延迟是不一样的，不同谐波次数的相位存在差异；同时，三相回路之间也存在电容、电感效应，形成零序、负序分量，造成谐波相位计算出现偏差。为此，需要对各次谐波相位进行分次补偿，并解决零序、负序分量对相位的影响问题。

发明内容

本发明提供了一种三相高精度谐波电能表，包括依次相连的频率测量模块、采样控制模块、幅值与相位计算模块、谐波相位补偿模块、谐波电能累计模块；

频率测量模块：实时跟踪并测量当前电网频率f_samp，输出给采样控制模块使用；

采样控制模块：根据频率测量结果进行分频，控制AD按整周期、等间隔采样；

幅值与相位计算模块：对AD采样结果数据进行傅里叶计算，获取各次谐波的幅值与相位；

谐波相位补偿模块：根据传感转换回路特性，对谐波相位进行补偿；

谐波电能累计模块：综合幅值相位计算模块、谐波相位补偿模块的计算后，累计计算各次谐波电能。

作为本发明的进一步改进，在所述频率测量模块中，同时进行硬件与软件测频，并根据硬件与软件测频结果的可信度自适应选择合适的测频结果，包括如下步骤：

S11.初始状态下，取f_samp＝f_n，其中f_n为电网额定频率；

S12.按照当前f_samp控制AD采样，连续采样满所需周波后，分别进行硬件与软件测频计算；

S13.硬件测频信号通过硬件比较器将AB线电压转换为方波而获得，其中在正弦信号过零点进行方波的翻转；为避免谐波畸变造成多余过零点从而引起多余过零点，AB线电压信号在进入硬件比较器之前先进行低通过滤；