一种变频器能效的快速测量方法技术

本发明专利技术公开了一种变频器能效的快速测量方法，首先在待测变频器的输入、输出端口进行电压电流信号的采集；利用数据采集卡对电压信号和电流信号进行采样，获得采样的电压、电流信号；将采样的电压、电流信号对应点相乘，得到单个点对应的输入、输出功率；根据单个点的输入、输出功率获得Y个周期内的输入、输出功率；根据输入、输出功率求得变频器的时域能效，并将电压电流信号进行DFT变换，计算得到变频器的频域能效；然后基于某一设定时间节点下对应的时域能效和频域能效值，获得待测变频器的能效。该方法可以对变频器能效进行准确计算，对变频器能效的评估和变频器的选用提供了参考。

A Fast Measurement Method for Energy Efficiency of Frequency Converter

【技术实现步骤摘要】
一种变频器能效的快速测量方法
本专利技术涉及电气测量
，尤其涉及一种变频器能效的快速测量方法。
技术介绍
变频调速技术作为节能降耗、改善工艺流程、提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段已经深入人心。当前，在低压(380V～690V)领域，交流变频调速技术已经得到了广泛应用，而在中高压(3kV、6kV和10kV电压等级)领域，由于高压电力电子器件制约因素的影响，应用还没有广泛地开展起来。变频器的本体损耗主要由器件在工作过程中的损耗组成，包括断态损耗(由漏电流引起)、通态损耗、开通损耗和开断损耗四部分组成，同时功率器件的导通和开关特性又对温度非常敏感。由于趋肤效应，在不同次谐波下，变频器的损耗各不相同。通过已有的研究表明，可认为流过绝缘栅双极晶体管(IGBT)的电流、IGBT发射极的电压是影响器件本体损耗的主要因素。从某种意义上来说，变频器的本体损耗大小也是衡量一个变频器性价比高低的标准，所以变频器能效的测量显得尤为重要。现有技术中用于测量变频器能效的方法大多是时域方法，即采样时间取输入、输出信号周期的公倍数，在整数周波内完成对输入、输出功率的计算，得出变频器的能效。然而根据工业现场用电设备的不同，变频器输出端信号频率随着设备运行的需要而不同，且一个设备所需的运行频率也可能是变化的，而且由于变频器输入、输出端频率不相同，导致其周期也不相同，这对变频器能效的测量带来了极大的困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种变频器能效的快速测量方法，该方法可以对变频器能效进行准确计算，对变频器能效的评估和变频器的选用提供了参考。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种变频器能效的快速测量方法，所述方法包括：步骤1、在待测变频器的输入、输出端口进行电压电流信号的采集，得到电压信号U和电流信号I；步骤2、利用数据采集卡对电压信号U和电流信号I进行采样，对输入端信号每周波采样N个点，对输出端信号也进行t时间长度的截取，获得对应的采样电压、电流信号U(n)和I(n)；步骤3、将获得的采样电压、电流信号U(n)和I(n)对应点相乘，得到单个点对应的输入、输出功率，分别记为Pin(n)和Pout(n)；步骤4、根据单个点的输入、输出功率Pin(n)和Pout(n)获得Y个周期内的输入、输出功率，表示为：步骤5、根据步骤4得到的输入、输出功率Pin和Pout求得变频器的时域能效为：步骤6、将采样电压、电流信号U(n)和I(n)运用离散傅里叶变换DFT进行处理，得到基波和各次谐波电压、电流信号的频域分量U(k)、I(k)及相位差θ(k)；其中k(k＝1,2,3,…)为谐波次数，则变频器的频域输入功率为：步骤7、同理得到变频器的频域输出功率Pout′，并依据步骤5的公式获得变频器的频域能效为η′，记录时域能效η和频域能效η′值，并取Y＝Y+1个周期，重复步骤3-7；步骤8、然后基于某一设定时间节点下对应的时域能效和频域能效值，获得待测变频器的能效。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，上述方法可以对变频器能效进行准确计算，对变频器能效的评估和变频器的选用提供了参考，并为其他电力设备的能效测量提供借鉴。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。图1为本专利技术实施例提供的变频器能效的快速测量方法流程示意图；图2为本专利技术所举实例中误差函数与输入端信号周期数e(Y)-Y关系示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。下面将结合附图对本专利技术实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本专利技术实施例提供的变频器能效的快速测量方法流程示意图，所述方法包括：步骤1、在待测变频器的输入、输出端口进行电压电流信号的采集，得到电压信号U和电流信号I；步骤2、利用数据采集卡对电压信号U和电流信号I进行采样，对输入端信号每周波采样N个点，对输出端信号也进行t时间长度的截取，获得对应的采样电压、电流信号U(n)和I(n)；在该步骤中，由于输入端信号(周期为T)的频率是确定的，对待测变频器的输入端信号进行整周期截断，取周期数为Y(Y＝1,2,3…)，对应的时间窗长度为t；采用数据采集卡对电压信号U和电流信号I进行采样，将模拟量转换成数字量，对输入端信号每周波采样N个点，对输出端信号也进行t时间长度的截取，获得对应的电压、电流信号U(n)和I(n)，其中n(n＝1,2,3,…)为采样点，取周期数Y＝1。步骤3、将获得的采样电压、电流信号U(n)和I(n)对应点相乘，得到单个点对应的输入、输出功率，分别记为Pin(n)和Pout(n)；步骤4、根据单个点的输入、输出功率Pin(n)和Pout(n)获得Y个周期内的输入、输出功率，表示为：步骤5、根据步骤4得到的输入、输出功率Pin和Pout求得变频器的时域能效为：步骤6、将采样电压、电流信号U(n)和I(n)运用离散傅里叶变换DFT进行处理，得到基波和各次谐波电压、电流信号的频域分量U(k)、I(k)及相位差θ(k)；其中k(k＝1,2,3,…)为谐波次数，则变频器的频域输入功率为：具体实现中，所得到的电压、电流信号的频域分量U(k)、I(k)表示为：步骤7、同理得到变频器的频域输出功率Pout′，并依据步骤5的公式获得变频器的频域能效为η′，记录时域能效η和频域能效η′值，然后取Y＝Y+1个周期，重复步骤3-7；步骤8、然后基于某一设定时间节点下对应的时域能效和频域能效值，获得待测变频器的能效。该步骤的过程具体为：首先建立误差函数e(Y)＝|η-η′|和误差阈值ε(ε可根据实际测量结果来确定且接近于零)，Y为输入端信号周期数；获得误差函数与输入端信号周期数e(Y)-Y关系图，将小于误差阈值ε的极小值点记为Ej(j＝1,2,3L)；为确保计算的准确性和快速性，取E2所对应的时间节点，该时间节点下对应的时域能效和频域能效的平均值即为待测变频器的能效。另外，若e(Y)-Y关系图中找不到E2时间节点，则可以适当延长采样时间窗长度t，重新进行计算。下面以具体的实例对上述测量方法进行详细说明，下述实例中所采用的数值仅为举例，用户可根据实际的需求做相应的更改。本实例中，某工业设备供电电压为10kV/50Hz，设备用电电压为400V，频率未知，其中变频设备采用不可控二极管整流电路，经由滤波电容到达IGBT触发控制逆变电路。当设备正常工作时，分别在变频器的输入、输出端对电压电流信号进行采集，对输入端信号每周波采样256点，计算变频器时域、频域的电量，求出两者的能效并比较其结果，当时频域能效相差最小时，此变频器的能效即为时频域能效的平均值，其具体实施步骤如下：(1)将信号采集器正确安装在变频器的输入、输出端，在设备正常工作的情况下对电压电流信号进行测量，测量时间为5分钟；(2)对步骤(1)所述的输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变频器能效的快速测量方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、在待测变频器的输入、输出端口进行电压电流信号的采集，得到电压信号U和电流信号I；步骤2、利用数据采集卡对电压信号U和电流信号I进行采样，对输入端信号每周波采样N个点，对输出端信号也进行t时间长度的截取，获得对应的采样电压、电流信号U(n)和I(n)；步骤3、将获得的采样电压、电流信号U(n)和I(n)对应点相乘，得到单个点对应的输入、输出功率，分别记为Pin(n)和Pout(n)；步骤4、根据单个点的输入、输出功率Pin(n)和Pout(n)获得Y个周期内的输入、输出功率，表示为：

【技术特征摘要】
1.一种变频器能效的快速测量方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、在待测变频器的输入、输出端口进行电压电流信号的采集，得到电压信号U和电流信号I；步骤2、利用数据采集卡对电压信号U和电流信号I进行采样，对输入端信号每周波采样N个点，对输出端信号也进行t时间长度的截取，获得对应的采样电压、电流信号U(n)和I(n)；步骤3、将获得的采样电压、电流信号U(n)和I(n)对应点相乘，得到单个点对应的输入、输出功率，分别记为Pin(n)和Pout(n)；步骤4、根据单个点的输入、输出功率Pin(n)和Pout(n)获得Y个周期内的输入、输出功率，表示为：步骤5、根据步骤4得到的输入、输出功率Pin和Pout求得变频器的时域能效为：步骤6、将采样电压、电流信号U(n)和I(n)运用离散傅里叶变换DFT进行处理，得到基波和各次谐波电压、电流信号的频域分量U(k)、I(k)及相位差θ(k)；其中k(k＝1,2,3,…)为谐波次数，则变频器的频域输入功率为：步骤7、同理得到变频器的频域输出功率Pout′，并依据步骤5的公式获得变频器的频域能效为η′，记录时域能效η和频域能效η′值，并取Y＝Y+1个周期，重复步骤3-7；步骤8、然后基于某一设定时间节点下对应的时域能效和频域能效值，获得待测变频器...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明星，江挺，高敏，何伟，孙旻，
申请(专利权)人：安徽大学，国网江西省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34