[发明专利]基于欧拉方法的四象限谐波电能计量装置及方法

摘要

本发明属于电网能量分析技术领域，特别涉及一种基于欧拉方法的四象限谐波电能计量装置及方法。本电能计量装置包括电压与电流检测单元、同步采样量化单元、基于欧拉方法的数字信号处理单元、操作显示单元、通信与网络单元，电能计量方法先对电压信号和电流信号以T为采样周期进行定时采样和量化，通过欧拉迭代方法直接获得电压直流分量x₀、电流直流分量y₀、电压交流分量x₁、x₂、...、x_N、电压正交分量z₁、z₂、...、z_N、和电流交流分量y₁、y₂、...、y_N、电流正交分量s₁、s₂、...、s_N，计算直流正负有功电能w₀、谐波的正负有功电能w₁、w₂、...、w_N、及其正负无功电能v₁、v₂、...、v_N。本发明能够应用在嵌入式系统中，运算量小，具有精度高、收敛速度快的特点。

主权项

1.基于欧拉方法的四象限谐波电能计量方法，其特征在于，包括以下步骤：以T为采样周期，T大于一次迭代运算所需的运算时间，得到k时刻的电压信号u[k]和电流信号i[k]，通过迭代运算获得电压直流分量x₀、电流直流分量y₀，再对电压直流分量x₀、电流直流分量y₀分别进行迭代运算获得电压交流分量x₁、x₂、...x_N、电压正交分量z₁、z₂、...z_N、电流交流分量y₁、y₂、...y_N、电流正交分量s₁、s₂、...s_N，并计算出直流正负有功电能w₀、谐波的正负有功电能w₁、w₂、...w_N以及正负无功电能v₁、v₂、...v_N；S1、设置运算参数和初值：设置参数N、ε、γ、μ，其中0＜μ＜2π/T、0＜γ＜10⁶，其中N为谐波分量的次数，γ为自适应增益，μ为带宽参数，ε为正数且不大于量化误差，设置迭代初值ω₁[0]、ω₂[0]、...、ω_N[0]、x₀[0]、x₁[0]、x₂[0]、...、x_N[0]、z₁[0]、z₂[0]、...、z_N[0]、y₀[0]、y₁[0]、y₂[0]、...、y_N[0]、s₁[0]、s₂[0]、...、s_N[0]，S2、进行迭代运算：已知电压信号u[k]，根据公式(1)获得电压直流分量x₀，其中，e_u[k]为k时刻电压误差信号，x₀[k]为k时刻电压直流分量的估计值，x_n[k‑1]为k‑1时刻第n次电压谐波的交流分量估计值；令下标n依次取1、2、...、N，循环执行公式(2)，可获得电压交流分量x₁、x₂、...、x_N、电压正交分量z₁、z₂、...、z_N的估计值，其中，ω_n[k‑1]为k‑1时刻第n次电压谐波频率估计值，z_n[k‑1]为k‑1时刻第n次电压谐波的正交分量估计值，a_n[k‑1]为第n次电压谐波的幅值估计值；已知电流信号i[k]，根据公式(3)获得电流直流分量y₀，其中，e_i[k]为k时刻电流误差信号，y₀[k]为k时刻电流直流分量的估计值，y_n[k‑1]为k‑1时刻第n次电流谐波的交流分量估计值；令下标n依次取1、2、...、N，循环执行公式(4)，可获得电流交流分量y₁、y₂、...、y_N、电流正交分量s₁、s₂、...、s_N的估计值，其中，ω_n[k‑1]为k‑1时刻第n次电流谐波的频率估计值，s_n[k‑1]为k‑1时刻第n次电流谐波的正交分量估计值，b_n[k‑1]为k‑1时刻第n次电流谐波的幅值估计值；S3、计算电能：根据公式(5)、公式(6)、公式(7)分别计算出直流分量的有功功率p₀、每次谐波的有功功率p₁、p₂、...、p_N、每次谐波的无功功率q₁、q₂、...、q_N，从而计算出正负有功电能w₀、w₁、w₂、...、w_N以及正负无功电能v₁、v₂、...、v_N，p₀[k]＝x₀[k]·y₀[k]    (5)其中，w₀[k]为直流正负有功电能的估计值，w_n[k]为第n次谐波正负有功电能的估计值，v_n[k]为第n次谐波正负无功电能的估计值。