[发明专利]同时计量三相/单相基波电能和谐波电能的方法及其电能表

说明书

本发明属于电力参数的测量技术领域，特别涉及非线性电力用户所用电能的计量。

随着我国国民经济的快速发展，出现了大量的非线性电力用户(如电气化铁路、大型铝治炼厂等)。这些非线性电力用户向电网回馈大量的谐波电能，使电网供电质量下降，线路损耗增加，危及其他电力用户的设备，并使常规电能表不能准确和合理地计量电力用户所实际使用的电能。因此，供电管理部门需要对电力用户进行监督管理，对谐波生产者进行适当的限制或惩罚。目前判断某电力用户是否谐波生产者，一般借助于电力谐波分析仪表，通过对电力用户的负荷电流进行谐波成份的抽测来判断，如果谐波较严重，则判定为谐波生产者。这种方法有局限性。首先，这种方法难以确定谐波能量的流向，因而无法确定某电力用户是否谐波生产者，因为线性用户会受非线性用户影响，使其负荷电流中也会有谐波成份；其次，谐波成份的抽测在短时间内完成，不能反映电力用户的整个用电过程。

目前，通常使用的电能表有感应式和电子式两种。感应式电能表对高次谐波反应不灵敏，不能准确地计量谐波电能。另外，感应式电能表很难将基波电能和谐波电能区分开来，它只能计量总电能，并且准确度较低。而电子式电能表一般具有较好的频率响应特性，目前有些电子式电能表可以较准确地计量电力用户所用的总电能，但目前尚未发现能准确可靠同时分别计量基波电能和谐波电能的电子式电能表。

本发明的目的在于克服已有技术的不足之处，为供电管理部门提供一种既方便又准确可靠的电能计量和电力用户属性判断的方法和设备，以确定某电力用户是否谐波生产者，以及生产多少谐波电能，以便采取相应的惩罚措施，最终提高电网的供电质量。

本发明提出一种同时计量三相/单相基波电能和谐波电能的方法，包括预处理阶段、采样阶段及计算阶段三大步骤。

所说的预处理阶段包括：

11)设定每周期的采样点数N+1、信号的采样周期T_s和准同步算法阶次h，

12)根据上述参数计算准同步算法的系数α(h，k)，β_a(h，k)和β_b(h，k)，并将它们以表格的形式分别固化在EPROM中。

13)将掉电保护存贮器(为E²PROM、FLASHLRAM等)作清零处理；

所说的采样阶段包括：

21)采用同时采样分时转换技术采集三相/单相电压和电流数据，

22)采用准同步算法计算总功率P，

23)采用准同步算法和付立叶级数理论计算基波功率P₁；

其中：21、22、23步是同时进行的；

所说的计算阶段包括：

31)根据总功率P和基波功率P₁，计算谐波功率P_h；

32)计算当前工作周期t_ω大小；

33)根据P₁、P_n和t_ω计算当前工作周期的基波电能W₁和谐波电能W_h；

34)累加基波电能和谐波电能；

35)显示基波电能和谐波电能；

36)返回到采样阶段。

本发明采用上述方法设计出一种电能表，其特征在于包括将来自电网的三相电压和三相电流变换成适合于后续电子电路处理的模拟信号的信号变换电路，将所说模拟信号进行同时采样分时转换成适合微处理器处理的数字信号的模拟转换电路，对所说数字信号进行计算与处理得到基波电能和谐波电能的单片机电路，将基波电能和谐波电能进行显示的显示电路，以及预先固化在贮存器中的计算程序。

本发明所说的信号变换电路，可包括电压互感器、电流互感器及运算放大器，所说的模数转换电路可包括采样保持器，模拟开关、模数转换器；所说的单片机电路可包括CPU微处理器、掉电保护存贮器，程序存贮器，数据存贮器，译码器，锁存器，A/D接口电路、掉电检测电路以及复位电路、所说的显示电路可包括显示控制器、段驱动器、位扫描电路、位驱动器和数码管。

所说的模拟转换电路，可包括分别与三相电压、三相电流信号相连的六个采样保持器，与这些采样保持器相连的一个模拟开关，与模拟开关相连的一个模数转换器。

所说的模数转换电路也可包括与三相电压信号和三相电流信号相连的两个模拟开关，二个采样保持器，同时与二个采样保持器相连的第三个模拟开关，和与第三个模拟开关相连的模数转换器。