一种谐波电能计量方法、系统及可读介质与流程

1.本发明涉及电能计量技术领域，具体涉及一种谐波电能计量方法、系统及可读介质。


背景技术：

2.目前，用于电力系统电能计量的各式各样仪表数以亿计。但是，绝大多数电能计量仪表的设计原理都是基于正弦周期电压、电流信号的假设，其理论基础是正弦电路功率理论。少量高档电能计量仪表的设计原理基于非正弦周期电压、电流信号的假设，其理论基础为传统的非正弦电路功率理论。
3.目前电能表在谐波分析时，基本都是单独对某一相进行数值分析，且都不连续，并占用大量计算资源，而最新的ir46标准更要求了对谐波电能计量，进一步增加了计量难度。因此，高效的谐波计量功能对电能表有很重要的意义。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：传统的电能表在进行谐波分析时，往往是单独对某一相进行数值分析，且分析过程不连续，需要占用大量计算资源，本发明目的在于提供一种谐波电能计量方法、系统及可读介质，针对ir46标准将集中式的谐波计算进行分散计算处理，本发明在每个采样一个预设周期后就及时进行谐波分析过程的基础数据计算，减少谐波计算总体计算占用的时间和资源。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.本发明提供一种谐波电能计量方法，包括步骤：
7.步骤一，以初始采样频率fs采样得到原始采样数据：原始采样电压ui和原始采样电流ii；并对原始采样数据进行预处理；
8.步骤二，以预设周期采样个数为n读取原始采样数据因数；并进行单个采样点第h次谐波的实部分量和虚部分量计算，并分别对第h次谐波的电压实部分量、电压虚部分量、电流实部分量和电流虚部分量累加求和，同时记录当前累加个数i；
9.步骤三，基于预处理后的原始采样数据进行过零判断：若有过零信号，则输出过零信号和当前周期t并进入步骤四；否则，返回步骤一；
10.步骤四，基于步骤二的计算结果计算第h次电压谐波含有率、第h次电流谐波含有率、第h次电压谐波角度、第h次电流谐波角度、第h次电压谐波有效值、第h次电流谐波有效值、第h次谐波有功功率和第h次谐波无功功率，并计算谐波电能以及输出谐波脉冲。
11.本方案工作原理：传统的电能表在进行谐波分析时，都是单独对某一相进行数值分析，且分析过程不连续，需要占用大量计算资源，本发明目的在于提供一种谐波电能计量方法、系统及可读介质，针对ir46标准将集中式的谐波计算进行分散计算处理，减少谐波计算总体计算占用的时间和资源；根据需要的谐波数据，可以单独计算所需次数的谐波数据；通过改变采样率使每周期的采样数都能按照预期采样数对应，从而减少正余弦因数的变动
导致计算量增加。
12.传统的谐波分析方法是等所有的采样数据集齐后一起进行谐波分析计算，这样不仅需要大量的采样和计算时间，在谐波计算过程中大量的计算需要占用更多的计算资源和计算时间，同时如果想要单独对某一次谐波进行单独计算就比较麻烦；本方案在每个采样一个预设周期后就及时进行谐波分析过程的基础数据计算，采样过程和计算过程同时进行，有效减少谐波计算占用的时间和资源；根据需要的谐波数据，还可以单独计算所需次数的谐波数据。通过改变采样率使每周期的采样数都能按照预期采样数对应，从而减少正余弦因数的变动导致计算量增加；同时由于本方案数据处理具有周期性保证，减少了频谱泄漏，数据更有效。
13.进一步优化方案为，所述预处理包括直流滤波处理。
14.进一步优化方案为，步骤四还包括：根据步骤三输出的周期t重新计算更新初始采样频率fs。
15.进一步优化方案为，根据下式更新初始采样频率fs16.fs＝n/t。
17.进一步优化方案为，步骤二中
18.第h次谐波电压实部分量累加和r
uhsum
＝∑iui*cos(2*π*i/n)；
19.第h次谐波电压虚部分量累加和i
uhsum
＝∑iui*sin(2*π*i/n)；
20.第h次谐波电流实部分量累加和r
ihsum
＝∑iii*cos(2*π*i/n)；
21.第h次谐波电流虚部分量累加和i
ihsum
＝∑iii*sin(2*π*i/n)。
22.进一步优化方案为，步骤四中
23.第h次电压谐波含有率
24.第h次电流谐波含有率
25.第h次电压谐波角度a
uh
＝arctan(i
uhsum
/r
uhsum
)；
26.第h次电流谐波角度a
ih
＝arctan(i
ihsum
/r
ihsum
)；
27.第h次电压谐波有效值
28.第h次电流谐波有效值
29.第h次谐波有功功率ph＝(r
uhsum
*r
ihsum
i
uhsum
*i
ihsum
)/i2；
30.第h次谐波有功功率qh＝(i
uhsum
*r
ihsum-r
uhsum
*i
ihsum
)/i2。
31.进一步优化方案为，预先存储有一个周期的原始采样数据因数。本方案通过预先存储的固定正余弦表能有效减少计算时间，同时由于数据的周期性保证进而减少了频谱泄漏，数据更有效。
32.进一步优化方案为，所述方法用于实现满足ir46标准的电能计量仪器。
33.本方案还提供一种谐波电能计量系统，用于实现上述方案所述的谐波电能计量方法，包括：
34.采样模块，用于以初始采样频率fs采样得到原始采样数据：原始采样电压ui和原始
采样电流ii；并对原始采样数据进行预处理；
35.第一计算模块，用于以预期周期为t采样个数为n读取原始采样数据因数；并进行单个采样点第h次谐波的实部分量和虚部分量计算，并分别对第h次谐波的电压实部分量、电压虚部分量、电流实部分量和电流虚部分量累加求和，同时记录当前累加个数i；
36.判断模块，用于基于预处理后的原始采样数据进行过零判断
37.第二计算模块，用于在有过零信号的前提下，基于第一计算模块的计算结果计算第h次电压谐波含有率、第h次电流谐波含有率、第h次电压谐波角度、第h次电流谐波角度、第h次电压谐波有效值、第h次电流谐波有效值、第h次谐波有功功率和第h次谐波无功功率，并计算谐波电能以及输出谐波脉冲。
38.本方案还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能实现根据上述所述的一种谐波电能计量方法。
39.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
40.本发明提供的一种谐波电能计量方法、系统及可读介质；针对ir46标准将集中式的谐波计算进行分散计算处理，减少谐波计算总体计算占用的时间和资源；本方案在每个采样一个预设周期后就及时进行谐波分析过程的基础数据计算，采样过程和计算过程同时进行，有效减少谐波计算占用的时间和资源；根据需要的谐波数据，还可以单独计算所需次数的谐波数据。通过改变采样率使每周期的采样数都能按照预期采样数对应，从而减少正余弦因数的变动导致计算量增加；同时由于本方案数据处理具有周期性保证，减少了频谱泄漏，数据更有效。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
42.图1为谐波电能计量方法流程示意图；
43.图2为谐波电能计量系统工作原理示意图。
具体实施方式
44.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
45.实施例1
46.本实施例提供一种谐波电能计量方法，如图1所示，包括步骤：
47.步骤一，以初始采样频率fs采样得到原始采样数据：原始采样电压ui和原始采样电流ii；并对原始采样数据进行预处理；所述预处理包括直流滤波处理。本实施例中基于ir46电能表的数模转换器对交流输入的电压、电流按初始采样频率18000hz进行采样得到原始采样数据，并进行直流滤波，得到滤波后数据；其中，初始采样频率18000hz是按照50hz频率每个周期采样360个点设定，原始采样数据用于傅里叶变换，滤波处理后的数据用于过零判
断。
48.步骤二，以预期周期采样个数为n(本实施例中n为360)读取原始采样数据因数；并进行单个采样点第h次谐波的实部分量和虚部分量计算，并分别对第h次谐波的电压实部分量、电压虚部分量、电流实部分量和电流虚部分量累加求和，同时记录当前累加个数i；
49.第h次谐波电压实部分量累加和r
uhsum
＝∑iui*cos(2*π*i/n)；
50.第h次谐波电压虚部分量累加和i
uhsum
＝∑iui*sin(2*π*i/n)；
51.第h次谐波电流实部分量累加和r
ihsum
＝∑iii*cos(2*π*i/n)；
52.第h次谐波电流虚部分量累加和i
ihsum
＝∑iii*sin(2*π*i/n)。
53.在步骤二中，预先存储有一个周期的原始采样数据因数。本实施例预先存储有360个采样点的正余弦值表，以及在采样点期间计算实部、虚部分量值，同时可以按照所需的谐波分量，减少不需要的谐波分量计算；这一步是本方法关键的一点：第一、提前储存正余弦值能减少三角函数的计算开销；第二、在采样点期间计算实部、虚部分量，有效的减少了在采集完整周期数据后再开始进行傅里叶变换的时间。
54.步骤三，基于预处理后的原始采样数据进行过零判断：若有过零信号，则输出过零信号和当前周期t并进入步骤四；否则，返回步骤一；
55.实时获取当前周期进而通过计算改变采样频率保证每周期的采样点个数与预期个数一致；例如当周期为49hz时，对应本实施例的采样频率就动态变为17640hz,这是为了与步骤四中进行傅里叶分析所用预先存储的正余弦值表匹配；
56.步骤四，基于步骤二的计算结果计算第h次电压谐波含有率、第h次电流谐波含有率、第h次电压谐波角度、第h次电流谐波角度、第h次电压谐波有效值、第h次电流谐波有效值、第h次谐波有功功率和第h次谐波无功功率，并计算谐波电能以及输出谐波脉冲；同时根据当前周期t重新计算更新初始采样频率fs。
57.根据下式更新初始采样频率fs58.fs＝n/t。
59.第h次电压谐波含有率
60.第h次电流谐波含有率
61.第h次电压谐波角度a
uh
＝arctan(i
uhsum
/r
uhsum
)；
62.第h次电流谐波角度a
ih
＝arctan(i
ihsum
/r
ihsum
)；
63.第h次电压谐波有效值
64.第h次电流谐波有效值
65.第h次谐波有功功率ph＝(r
uhsum
*r
ihsum
i
uhsum
*i
ihsum
)/i2；
66.第h次谐波有功功率qh＝(i
uhsum
*r
ihsum-r
uhsum
*i
ihsum
)/i2。
67.所述方法用于实现满足ir46标准的电能计量仪器。
68.通过步骤二得到的实部、虚部分量累积和，通过公式直接计算所需的谐波分量、角度、有效值、功率，根据需要计算所需的谐波电能以及谐波脉冲输出；同时，整周期采样过后
再改变采样率也保证了计算周期的数据完整性。
69.实施例2
70.本实施例提供一种谐波电能计量系统，用于实现实施例1所述的谐波电能计量方法，如图2所示，包括：
71.采样模块，用于以初始采样频率fs对交流输入进行采样得到原始采样数据：原始采样电压ui和原始采样电流ii；并对原始采样数据进行预处理；
72.第一计算模块，用于以预期周期为t采样个数为n读取原始采样数据因数；并进行单个采样点第h次谐波的实部分量和虚部分量计算，并分别对第h次谐波的电压实部分量、电压虚部分量、电流实部分量和电流虚部分量累加求和，同时记录当前累加个数i；
73.判断模块，用于基于预处理后的原始采样数据进行过零判断
74.第二计算模块，用于在有过零信号的前提下，基于第一计算模块的计算结果计算谐波相关值，包括：第h次电压谐波含有率、第h次电流谐波含有率、第h次电压谐波角度、第h次电流谐波角度、第h次电压谐波有效值、第h次电流谐波有效值、第h次谐波有功功率和第h次谐波无功功率，并计算谐波电能以及输出谐波脉冲。
75.实施例3
76.本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能实现根据实施例1所述的一种谐波电能计量方法。
77.上述实施例提供的应用于ir46电能表谐波电能计量方法，使得将集中式的谐波计算进行分散计算处理，减少总体计算时间；根据需要的谐波数据，可以单独计算所需次数的谐波数据；通过改变采样率使每周期的采样数都能按照预期采样数对应，从而减少正余弦因数的变动导致计算量增加，而且通过预先存储的固定正余弦表能有效减少计算时间；同时由于数据的周期性保证进而减少了频谱泄漏，数据更有效。
78.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。