专利名称：一种谐波电能的检测方法
技术领域：
本发明涉及一种谐波电能的检测方法。
背景技术：
随着城市轨道交通、高铁、变频控制技术发展和广泛应用，电网负载的非线性因素越来越高。非线性负载会产生大量的谐波并注入电网，使得电力系统中的电压和电流波形产生严重畸变，不仅对供电系统造成污染，对供电设备构成危害，而且产生谐波的非线性用户将其吸收的一部分基波电能转化为谐波电能，造成供电企业线损增加，电力营运企业非经营性成本增加。为此有必要研究谐波影响下的电能计量方式，以确保电能计量准确，保障电力营运企业的经营成本。电能表目前的电能计量是电力系统收费的依据。目前安装使用的电能表一般为全电子式电能表，其主要功能是计量基波电度量。在电网中无论谐波流向如何，当谐波负载流向电网时，实际是负载将电网中的基波经过滤波后，形成的谐波电流反送回电网。全电子式电能表将负载消耗的基波的有功电能和谐波源向电网返送的谐波有功电能进行代数相加， 使得记录的能量比负载消耗的基波有功电量还要小，这是全电子式电量表计量原理上的不足之处。另外一种采用的普通电能表是靠电磁感应来产生转动力矩的，用转盘所转的圈数来计量的，计量精度较低但是成本也低。现有研究表明，对同一计量点，在谐波超过国标规定时，采用相同准确级别的全电子式电能表和普通电能表，计量电能量是有较大差别的；对大功率变流设备、电弧炉等产生高次谐波的电力负载用户，为了只记录负荷消耗的基波有功电能，用普通电磁式电能表比用同准确级别的全电子式电能表更合理。但是，无论电磁式电能表还是全电子式电能表，在谐波工况下的计量误差均较大。目前具有计量谐波分量电能的多功能电度表是对谐波较大用户能精确计量的最佳选择，但该计量表成本高、价格贵，不宜普及。只有当检测到用户的谐波量已经影响到计量状况，并且在安装该具有计量谐波分量电能的多功能电度表获得的效益高于它的成本时，才应当选用该多功能电度表进行计量。非线性用户作为谐波源，发出谐波功率，不仅对电网造成危害，同时还少交了电费。因此，对供电企业来说，什么时候选用最合适的电能表计量电量，是一个需要解决的问题。以往在检测谐波时，只对电压总谐波畸变率、各次谐波电压含有率以及各次谐波电流允许值进行分析，忽略了对谐波电能的研究，所以难以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于从谐波电度量角度出发，通过对各次谐波电度量及各次谐波总电量来分析用户谐波电量。提供一种现有谐波测量技术中对电压总谐波畸变率、各次谐波电压含有率以及各次谐波电流允许值来判断谐波是否合理的补充检测方法。不仅能进行谐波分析和谐波功率的运算，还能通过计算1-64次各谐波电度量得到谐波电量和，对分析线损有着重大的意义。
实现上述目的的技术方案是一种谐波电能的检测方法，检测谐波并获得谐波波形和谐波功率，所述检测方法还通过计算1-64次各谐波电度量获得谐波电量和。上述的谐波电能的检测方法，其中，所述检测方法通过计算1-64次各谐波电度量获得谐波电量和，步骤如下A，将在采样点获得的采样进行滤波；B，对滤波后的采样进行FFT运算；C，根据得到的FFT运算的结果进行电能量运算；D，根据得到的电能量运算的结果，通过计算得到1-64次各谐波电度量；E，根据1-64次各谐波电度量，计算并获得谐波电量和。上述的谐波电能的检测方法，其中，所述的采样是指电压总谐波畸变率、各次谐波电压含有率以及各次谐波电流允许值。上述的谐波电能的检测方法，其中，所述检测方法具体包括下列步骤步骤S0，开始步骤，进行实时参数检测；步骤SI，打开数据读取中断，准备进行数据采集；步骤S2，进行一轮的数据采集，并等待数据采集完毕，在等待的过程中不读取采样点新的采样；以数据采集结束标志为等待结束标志；步骤S3，根据是否等到数据采集结束标志，来判断数据是否采集结束，若是，则进入步骤S4 ;否则，返回步骤S3 ；步骤S4,开始新一轮数据采集，读取采样点N采样，N为正整数，并将该N采样按序列分组；步骤步骤步骤步骤步骤步骤步骤步骤
S5，判断是否进行谐波分析，若是，进入步骤S51 ;若否，进入步骤S6 ；
S51，对分组后的N采样进行滤波处理；
S52，对滤波后的N采样进行FFT运算；
S53，根据步骤S52的运算结果显示波形，并进入步骤S8 ；
S6，判断是否计算谐波功率，若计算，进入步骤S61 ;否则进入步骤S7 ；
S61，对分组后的N采样进行滤波处理；
S62，对滤波后的N采样进行FFT运算；
S63，根据步骤S62的运算结果显示2-64次谐波含量(W)，即2_64次各谐波
的谐波功率，并进入步骤S8;步骤S7，判断是否进行谐波电能计算，若是，进入步骤S71 ;若否，进入步骤S5 ；步骤S71，对分组后的N采样进行滤波处理；步骤S72，对滤波后的N采样进行FFT运算；步骤S73，根据步骤S72的运算结果进行电能量运算；步骤S74，根据步骤S73的运算结果，通过计算得到1_64次各谐波电度量；步骤S75，根据步骤S74得到的1_64次各谐波电度量，得到谐波电量和，进入步骤 S8 ；步骤S8，将得到的数据进行存储；步骤S9，数据采集结束，并生成数据采集结束标志，返回步骤S2。
上述的谐波电能的检测方法，其中，所述的采样是指电压总谐波畸变率、各次谐波电压含有率以及各次谐波电流允许值。本发明的有益效果是本发明从谐波电度量角度出发，通过对各次谐波电度量及各次谐波总电量来分析用户谐波电量，对分析线损有着重大的意义，是现有谐波测量技术中对电压总谐波畸变率、各次谐波电压含有率以及各次谐波电流允许值来判断谐波是否合理的补充检测方法。本发明不仅能进行谐波分析和谐波功率的运算，对电压总谐波畸变率、 各次谐波电压含有率以及各次谐波电流允许值进行分析，还通过计算得到1-64次各谐波电度量以及谐波电量和，对分析线损有着重大的意义，从而快速诊断出谐波工况下所用电能表计量的误差。根据上述分析结果确定是否采用其他电能表或者其他形式的计量方式， 为供电企业提高效益，减少因非线性用户带来的损失，保障电力营运企业的经营成本，有较大的经济实用型，并为治理谐波提供依据，减少线损量。
图I是一种谐波检测系统的结构图；图2是本发明的谐波电能的检测方法的具体实施例的流程图。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明作进一步说明。本发明采集电压总谐波畸变率、各次谐波电压含有率和各次谐波电流允许值采， 获取谐波波形和谐波功率，主要还通过计算获得1-64次各谐波电度量以及谐波电量和。计算1-64次各谐波电度量获得谐波电量和的具体步骤如下A，将在采样点获得的采样进行滤波；其中，采样点一般指电能表附近；采样指电压总谐波畸变率、各次谐波电压含有率以及各次谐波电流允许值；B,对滤波后的采样进行FFT运算；FFT指快速傅里叶变换；C，根据得到的FFT运算的结果进行电能量运算；D，根据得到的电能量运算的结果，通过计算得到1-64次各谐波电度量；E，根据1-64次各谐波电度量，计算并获得谐波电量和。请参阅图1，本发明谐波电能的检测方法基于的谐波检测系统，包括依次连接的信号调制电路I、滤波电路2、模/数转换器3、双口 RAM(随机存储器)4和CPU(中央处理器)5、分别连接信号调制电路I的电压传感器6和电流传感器7、与CPU5分别连接的存储器8、键盘9、显示屏10、USB (通用串行总线)接口 11、串行通信接口 12和复位电路13、分别连接模/数转换器3和双口 RAM4的CPLD(复杂可编程逻辑器件)14、连接信号调制电路 I和CPLD14的硬件同步电路15以及连接硬件同步电路15的硬件时钟16，其中信号调制电路I将电压传感器6采集的电压和电流传感器7采集的电流进行调制，并将调制后的信号分两路传送一路送给滤波电路2滤去谐波，然后经模/数转换器3 转换成数字信号，该数字信号通过双口 RAM4传给CPU5的同时传给CPLD14 ;另一路经硬件同步电路15传输给CPLD14 ；CPLD14与模/数转换器3相连，将CPLD14接收或者发出的信号进行模/数转换；CPLD14与CPU5通过双口 RAM4进行数据的共享和交互，依次通过FFT运算和电能量运算，其中FFT指快速傅里叶变换，从而得到1-64各次谐波电度量，然后得到谐波电量和，并将所得数据存入双口 RAM4 ；存储器8为外部可扩展的存储器；键盘9和显示屏10实现人机交互；串行通信接口 12为RS485接口或者RS232接口，USB接口 11和串行通信接口 12 实现本系统与外部的通信；复位电路13用于将CPU5复位；硬件同步电路15和硬件时钟16 用于给CPLD14提供同步时钟。
骤
请参阅图2，为本发明的具体实施例，本发明的谐波电能的检测方法包括下列步
步骤S0，开始步骤，进行实时参数检测；
步骤SI，打开数据读取中断，准备进行数据采集；
步骤S2，进行一轮的数据采集，并等待数据采集完毕，在等待的过程中不读取采样
点新的采样；以数据采集结束标志为等待结束标志；步骤S3，根据是否等到数据采集结束标志，来判断数据是否采集结束，若是，则进入步骤S4 ;否则，返回步骤S3 ；步骤S4,开始新一轮数据采集，读取采样点N采样，N为正整数，并将该N采样按序列分组；采样指电压总谐波畸变率、各次谐波电压含有率以及各次谐波电流允许值；步骤S5，判断是否进行谐波分析，若是，进入步骤S51 ;若否，进入步骤S6 ；步骤S51，对分组后的N采样进行滤波处理；步骤S52，对滤波后的N采样进行FFT运算；步骤S53，根据步骤S52的运算结果显示波形，并进入步骤S8 ；步骤S6，判断是否计算谐波功率，若计算，进入步骤S61 ;否则进入步骤S7 ；步骤S61，对分组后的N采样进行滤波处理；步骤S62，对滤波后的N采样进行FFT运算；步骤S63，根据步骤S62的运算结果显示2_64次谐波含量(W)，即2_64次各谐波的谐波功率，并进入步骤S8; S8 ；
步骤S7，判断是否计算谐波电能，若是，进入步骤S71 ;否则进入步骤S5 ；
步骤S71，对分组后的N采样进行滤波处理；
步骤S72，对滤波后的N采样进行FFT运算；
步骤S73，根据步骤S72的运算结果进行电能量运算；
步骤S74，根据步骤S73的运算结果，通过计算得到1-64次各谐波电度量；
步骤S75，根据步骤S74得到的1-64次各谐波电度量，得到谐波电量和，进入步骤
步骤S8，将得到的数据进行存储；可以随时调用存储的数据，分析谐波；
步骤S9，数据采集结束，并生成数据采集结束标志，返回步骤S2。
然后，工作人员可以根据得到的1-64各次谐波电度量以及谐波电量和，快速诊断出谐波工况下所用电能表计量的误差，从而确定是否采用其他电能表或者其他形式的计量方式；例如，原先采用全电子式电能表进行计量，现经过检测得到谐波电量和，根据该谐波电量和发现因计量原因造成的损失，远远大于具有计量谐波分量电能的多功能电度表的成本，因此然后立即选用多功能电度表进行计量。
综上所述，本发明不仅对电压总谐波畸变率、各次谐波电压含有率以及各次谐波电流允许值进行分析，还通过计算得到1-64各次谐波电度量以及谐波电量和，从而根据结果快速诊断出谐波工况下所用电能表计量的误差，确定是否采用其他电能表或者其他形式的计量方式，为供电企业提高效益，减少因非线性用户带来的损失，有较大的经济实用型， 并为治理谐波提供依据，减少线损量。以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
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权利要求
1.一种谐波电能的检测方法，检测谐波并获得谐波波形和谐波功率，其特征在于，所述检测方法还通过计算1-64次各谐波电度量获得谐波电量和。
2.根据权利要求I所述的谐波电能的检测方法，其特征在于，所述检测方法通过计算 1-64次各谐波电度量获得谐波电量和，步骤如下A，将在采样点获得的采样进行滤波；B，对滤波后的采样进行FFT运算；C，根据得到的FFT运算的结果进行电能量运算；D，根据得到的电能量运算的结果，通过计算得到1-64次各谐波电度量；E，根据1-64次各谐波电度量，计算并获得谐波电量和。
3.根据权利要求2所述的谐波电能的检测方法，其特征在于，所述的采样是指电压总谐波畸变率、各次谐波电压含有率以及各次谐波电流允许值。
4.根据权利要求I所述的谐波电能的检测方法，其特征在于，所述检测方法具体包括下列步骤步骤S0，开始步骤，进行实时参数检测；步骤SI，打开数据读取中断，准备进行数据采集；步骤S2，进行一轮的数据采集，并等待数据采集完毕，在等待的过程中不读取采样点新的采样；以数据采集结束标志为等待结束标志；步骤S3，根据是否等到数据采集结束标志，来判断数据是否采集结束，若是，则进入步骤S4 ;否则，返回步骤S3 ；步骤S4，开始新一轮数据采集，读取采样点N采样，N为正整数，并将该N采样按序列分组；步骤S5，判断是否进行谐波分析，若是，进入步骤S51 ;若否，进入步骤S6 ；步骤S51，对分组后的N采样进行滤波处理；步骤S52，对滤波后的N采样进行FFT运算；步骤S53，根据步骤S52的运算结果显示波形，并进入步骤S8 ；步骤S6，判断是否计算谐波功率，若计算，进入步骤S61 ;否则进入步骤S7 ；步骤S61，对分组后的N采样进行滤波处理；步骤S62，对滤波后的N采样进行FFT运算；步骤S63，根据步骤S62的运算结果显示2-64次谐波含量(W)，即2_64次各谐波的谐波功率，并进入步骤S8 ；步骤S7，判断是否进行谐波电能计算，若是，进入步骤S71 ;若否，进入步骤S5 ；步骤S71，对分组后的N采样进行滤波处理；步骤S72，对滤波后的N采样进行FFT运算；步骤S73，根据步骤S72的运算结果进行电能量运算；步骤S74，根据步骤S73的运算结果，通过计算得到1-64次各谐波电度量；步骤S75，根据步骤S74得到的1-64次各谐波电度量，得到谐波电量和，进入步骤S8 ； 步骤S8，将得到的数据进行存储；步骤S9，数据采集结束，并生成数据采集结束标志，返回步骤S2。
5.根据权利要求4所述的谐波电能的检测方法，其特征在于，所述的采样是指电压总谐波畸变率、各次谐波电压含有率以及各次谐波电流允许值。
全文摘要
本发明公开了一种谐波电能的检测方法，检测谐波并获得谐波波形和谐波功率。该检测方法还通过计算1-64次各谐波电度量获得谐波电量和，步骤为将在采样点获得的采样进行滤波；对滤波后的采样进行FFT运算；根据得到的FFT运算的结果进行电能量运算；根据得到的电能量运算的结果，通过计算得到1-64次各谐波电度量；根据1-64次各谐波电度量，计算并获得谐波电量和。本发明可以计算1-64次各谐波电度量，还能计算得到谐波电量和，对用户产生的谐波是否影响供电量有着重大的意义，并可以通过测量数据来决策是否对已经产生谐波用户但未超越国标《GB/T14549-1993电能质量公用电网谐波》的规定用户加装具有计量谐波分量电能的多功能电度表，以减少线损。
文档编号G01R23/165GK102608423SQ201210088020
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月19日 优先权日2012年3月19日
发明者孙雁平, 汪舰, 陈明 申请人:上海天钿通网络科技发展有限公司, 上海市电力公司, 上海电力通信有限公司