应用于标准表电压电流的相位测量方法、系统、及介质与流程

1.本发明涉及相位测量技术领域，尤其涉及一种应用于标准表电压电流的相位测量方法、系统、及介质。


背景技术：

2.标准表作为电能检定装置中数据测量的标准，其电压、电流、相位、功率的测量精度都有很高的要求。
3.现有的相位测量一般有硬件过零计数、软件周期计数、傅里叶变换计算等方法，但这些方法有的对硬件资源要求过高，有的计算精度不高，有的计算复杂效率不高。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种应用于标准表电压电流的相位测量方法、系统、及介质，旨在实现无需硬件过零检测电路辅助计算，节省硬件开销，降低计算复杂度，提升计算精度。
5.为了达到上述目的，本发明提出一种应用于标准表电压电流的相位测量方法，所述方法包括以下步骤：
6.对标准表输入的正弦电压电流按采样率f进行数字采样，得到电压电流采样数据n
p,k
，其中，p＝ua,ub,uc,ia,ib,ic，代表电压电流相位标识，k＝1,2,3,...，代表采样点数；
7.根据所述电压电流采样数据n
p,k
确定采样数据的过零点：当n
p,j
≤0,n
p,j 1
＞0时，定义n
p,j
为当前相位采样数据的近似过零点，同时定义c
p,j
为过零补偿系数，其中，
[0008][0009]
根据相邻两个近似过零点n
p,j
,n
p,j n
以及过零补偿系数c
p,j
,c
p,j n
，计算出波形周期t，其中，
[0010][0011]
其中，n表示过出现近似过零点n
p,j
后，过了第n个点，又出现了一次近似过零；
[0012]
以ua为相位ph
ua
为0
°
参考点，根据ua的近似过零点n
ua,j
、过零补偿系数c
ua,j
，ub的近似过零点n
ub,j l
、过零补偿系数c
ub,j l
，uc的近似过零点n
uc,j m
，过零补偿系数c
uc,j m
，以及波形周期t,确定出ub的相位ph
ub
，uc的相位ph
uc
，其中，
[0013][0014][0015]
其中，l表示ua近似过零点出现后，过了第l个点，ub近似过零点出现，m表示ua近似过零点出现后，过了第m个点，uc近似过零点出现；
[0016]
将电压采样数据n
ua,k
、n
ub,k
、n
uc,k
经过希尔伯特90
°
相移变换后得到h
ua,k
,h
ub,k
,h
uc,k
，同时根据电流采样数据n
ia,k
、n
ib,k
、n
ic,k
,得到a,b,c三相有功功率pa、pb、pc，a,b,c三相无功功率qa、qb、qc，其中，
[0017][0018][0019][0020][0021][0022][0023]
根据所述三相有功功率pa、pb、pc及无功功率qa、qb、qc，以及a,b,c三相电压相位ph
ua
、ph
ub
、ph
uc
，计算得到a,b,c三相电流相位ph
ia
、ph
ib
、ph
ic
，其中，
[0024]
ph
ia
＝arctan(qa/pa) ph
ua
；
[0025]
ph
ib
＝arctan(qb/pb) ph
ub
；
[0026]
ph
ic
＝arctan(qc/pc) ph
uc
。
[0027]
本发明进一步的技术方案是，所述根据所述电压电流采样数据n
p,k
确定采样数据的过零点的步骤之前包括：
[0028]
判断所述电压电流采样数据中是否存在直流分量，
[0029]
若存在，则滤掉直流分量后再执行所述根据所述电压电流采样数据n
p,k
确定采样数据的过零点的步骤。
[0030]
本发明进一步的技术方案是，所述根据相邻两个近似过零点n
p,j
,n
p,j n
以及过零补偿系数c
p,j
,c
p,j n
，计算出波形周期t的步骤中，误差近似(1/f-sin(1/f))/(1/50hz)≈0。
[0031]
本发明进一步的技术方案是，根据权利要求3所述的应用于标准表电压电流的相位测量方法，其特征在于，所述根据相邻两个近似过零点n
p,j
,n
p,j n
以及过零补偿系数c
p,j
,c
p,j n
，计算出波形周期t的步骤包括：计算多个过零点间的周期，再取其平均值。
[0032]
本发明进一步的技术方案是，根据权利要求1所述的应用于标准表电压电流的相位测量方法，其特征在于，所述将电压采样数据n
ua,k
、n
ub,k
、n
uc,k
经过希尔伯特90
°
相移变换后得到h
ua,k
,h
ub,k
,h
uc,k
，同时根据电流采样数据n
ia,k
、n
ib,k
、n
ic,k
,得到a,b,c三相有功功率pa、pb、pc，a,b,c三相无功功率qa、qb、qc的步骤中，通过乘加累积得到有功功率，通过希尔伯特相移变换以及乘加累积得到无功功率。
[0033]
本发明进一步的技术方案是，根据权利要求1所述的应用于标准表电压电流的相位测量方法，其特征在于，所述根据所述三相有功功率pa、pb、pc及无功功率qa、qb、qc，以及a,b,c三相电压相位ph
ua
、ph
ub
、ph
uc
，计算得到a,b,c三相电流相位ph
ia
、ph
ib
、ph
ic
的步骤包括：
[0034]
根据所述三相有功功率pa、pb、pc及无功功率qa、qb、qc通过反三角函数得到同相位
的电流电压夹角，再根据所述电流电压夹角和电压相位，计算得到电流相位。
[0035]
为实现上述目的，本发明还提出一种应用于标准表电压电流的相位测量系统，所述系统包括存储器、处理器、以及存储在所述处理器上的应用于标准表电压电流的相位测量程序，所述应用于标准表电压电流的相位测量程序被所述处理器运行时执行如上所述的方法的步骤。
[0036]
为实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有应用于标准表电压电流的相位测量程序，所述应用于标准表电压电流的相位测量程序被处理器运行时执行如上所述的方法的步骤。
[0037]
本发明应用于标准表电压电流的相位测量方法、系统及存储介质的有益效果是：
[0038]
1、无需硬件过零检测电路辅助计算，节省了硬件开销；
[0039]
2、计算复杂度不高，但是极大提高了计算精度。
附图说明
[0040]
图1是本发明应用于标准表电压电流的相位测量方法较佳实施例的流程示意图。
[0041]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
具体实施方式
[0042]
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0043]
考虑到现有技术中的相位测量一般有硬件过零计数、软件周期计数、傅里叶变换计算等方法，但这些方法有的对硬件资源要求过高，有的计算精度不高，有的计算复杂效率不高，由此本发明提出一种解决方案。
[0044]
具体地，本发明提出一种应用于标准表电压电流的相位测量方法，请参照图1，本发明应用于标准表电压电流的相位测量方法较佳实施例包括以下步骤：
[0045]
步骤s10，对标准表输入的正弦电压电流按采样率f进行数字采样，得到电压电流采样数据n
p,k
，其中，p＝ua,ub,uc,ia,ib,ic，代表电压电流相位标识，k＝1,2,3,...，代表采样点数。
[0046]
具体地，作为一种实施方式，本实施例对标准表输入的正弦电压电流按采样率18khz进行数字采样。
[0047]
步骤s20，确定采样数据的过零点。
[0048]
具体地，本实施例根据所述电压电流采样数据n
p,k
确定采样数据的过零点：当n
p,j
≤0,n
p,j 1
＞0时，定义n
p,j
为当前相位采样数据的近似过零点，同时定义c
p，j
为过零补偿系数，其中，
[0049][0050]
可以理解的是，本实施例中，在确定采样数据的过零点的步骤之前需要判断采样数据中是否存在直流分量，如果存在，则先滤掉直流分量后再执行步骤s20，确定采样数据的过零点。
[0051]
具体地，本实施例在上述步骤s20，确定采样数据的过零点的步骤之前包括：
[0052]
判断所述电压电流采样数据中是否存在直流分量，
[0053]
若存在，则滤掉直流分量后再执行所述根据所述电压电流采样数据n
p,k
确定采样数据的过零点的步骤。
[0054]
另外，值得强调的是，本实施例中，满足条件的n
p,j
是近似过零点，而不是绝对过零点，绝对过零点是在n
p,j
,n
p,j 1
两个采样点之间，因为实际波形是正弦信号，又因为在过零处sin(wt)≈wt,所以过零处的波形曲线可以近似成直线，进而计算出过零补偿系数去更接近绝对过零点。
[0055]
步骤s30，确定输入波形的周期。
[0056]
具体地，本实施例根据相邻两个近似过零点n
p,j
,n
p,j n
以及过零补偿系数c
p,j
,c
p,j n
，计算出波形周期t，其中，
[0057][0058]
其中，n表示过出现近似过零点n
p,j
后，过了第n个点，又出现了一次近似过零。
[0059]
因为输入的正弦电压电流是周期的，因此，本实施例根据相邻两个近似过零点n
p,j
,n
p,j n
以及过零补偿系数c
p,j
,c
p,j n
，计算出波形周期t。
[0060]
在步骤s30中，如果不使用步骤2中的过零补偿系数，按照一般方法直接使用近似过零点去计算波形周期，那么计算的波形周期的分辨率为相对于50hz的正弦波来说，误差可能达到56us/(1/50hz)＝0.28％，而使用过零补偿系数计算的波形周期，其误差则极大降低，误差近似(1/f-sin(1/f))/(1/50hz)≈0。同时，为保证数据更加精确，本实施例可以计算多个过零点间的周期，再取其平均值。
[0061]
步骤s40，确定电压的相位。
[0062]
具体地，本实施例以ua为相位ph
ua
为0
°
参考点，根据ua的近似过零点n
ua,j
、过零补偿系数c
ua,j
，ub的近似过零点n
ub,j l
、过零补偿系数c
ub,j l
，uc的近似过零点n
uc,j m
，过零补偿系数c
uc,j m
，以及波形周期t,确定出ub的相位ph
ub
，uc的相位ph
uc
，其中，
[0063][0064][0065]
其中，l表示ua近似过零点出现后，过了第l个点，ub近似过零点出现，m表示ua近似过零点出现后，过了第m个点，uc近似过零点出现。
[0066]
步骤s50，确定a,b,c三相的有功无功功率。
[0067]
具体地，本实施例将电压采样数据n
ua,k
、n
ub,k
、n
uc,k
经过希尔伯特90
°
相移变换后得到h
ua,k
,h
ub,k
,h
uc,k
，同时根据电流采样数据n
ia,k
、n
ib,k
、n
ic,k
,得到a,b,c三相有功功率pa、pb、pc，a,b,c三相无功功率qa、qb、qc，其中，
[0068][0069]
[0070][0071][0072][0073][0074]
本实施例中，通过乘加累积得到有功功率，通过希尔伯特相移变换以及乘加累积得到无功功率。
[0075]
步骤s60，确定电流的相位。
[0076]
具体地，本实施例根据所述三相有功功率pa、pb、pc及无功功率qa、qb、qc，以及a,b,c三相电压相位ph
ua
、ph
ub
、ph
uc
，计算得到a,b,c三相电流相位ph
ia
、ph
ib
、ph
ic
，其中，
[0077]
ph
ia
＝arctan(qa/pa) ph
ua
；
[0078]
ph
ib
＝arctan(qb/pb) ph
ub
；
[0079]
ph
ic
＝arctan(qc/pc) ph
uc
。
[0080]
具体地，本实施例根据所述三相有功功率pa、pb、pc及无功功率qa、qb、qc通过反三角函数得到同相位的电流电压夹角，而反三角函数的计算在程序中可以应用坐标旋转数字计算方法去实现，再根据所述电流电压夹角和电压相位，计算得到电流相位。
[0081]
本发明应用于标准表电压电流的相位测量方法的有益效果是：
[0082]
1、无需硬件过零检测电路辅助计算，节省了硬件开销；
[0083]
2、计算复杂度不高，但是极大提高了计算精度。
[0084]
为实现上述目的，本发明还提出一种应用于标准表电压电流的相位测量系统，所述系统包括存储器、处理器、以及存储在所述处理器上的应用于标准表电压电流的相位测量程序，所述应用于标准表电压电流的相位测量程序被所述处理器运行时执行如上实施例所述的方法的步骤，这里不再赘述。
[0085]
为实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有应用于标准表电压电流的相位测量程序，所述应用于标准表电压电流的相位测量程序被处理器运行时执行如上实施例所述的方法的步骤，这里不再赘述。
[0086]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。