交流电量瞬间测量方法及其装置制造方法及图纸

一种交流电量瞬间测量方法及装置。属于交流电量的测量。本发明专利技术仅利用对一个交流电量，在相角增量为△α的两个端点上的两次采样数据和该△α值，进行反正切运算，便得到了该电量相对于测量时刻的初相角α和预测到的幅度Ａｍ。以这种测量方法，构成多功能交流电量瞬间测量装置，可对交流电量的瞬间功率因数角进行实时测量，并预测其它特征参数如幅度、电功率等，也可以构成电压／电流表、功率表、功率因数表等，而测量结果显示部分除了数字量显示，还有模拟显示。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于交流电量测量
目前，测量交流电量如电压/电流、功率，功率因数角等特征参数，已经有许多种方法。例如，LGZLANDIS&GYRZU在专利DE3345037中公布了将输入电压与该电压有关的电流送到第一个乘法器，同时该电压移相90°-α和该电流移相90°+α，送到第二个乘法器中，两乘法器求和，可在输出端得到功率信号输出的功率测量方法。专利JP5813904则公布了一种交流电量的数字测量方法。该方法是以适当的角度间隔，对被测电压和与该电压有关的电流进行多次采样，再做运算处理，从而得到该电压的有功功率和无功功率等测量数据。在交流电压的测量方面，专利SU1130806提出了一种用改变与被测电压同步的矩形电压发生器的幅度，去平衡被测电压，从而测得被测电压的比较输出。论文(《关于电力网微机监控系统测量电功率新方法的研究》林文铮等辽宁电机工程学报·1987年第二期)提出用对交流电压和与该电压有关的电流在间隔为π/2相角上分别取得两组数据，做交叉相乘、求和处理，计算出了被测电压的有功功率和无功功率的方法，使得对交流电量的功率测量时间缩短到半个电压周期。在交流电压和与该电压有关的电流的相角(即功率因数角)的测量方面，有三种典型的方法，即以桥式相敏检相，以相敏放大器检测和以脉冲鉴相检测等方法。不论是哪一种测量方法，都不能瞬间测量出被测交流电量的初相角，或功率因数角，也不能瞬间预测到该电量的幅度、有功功率、无功功率等特征参数;另外，目前，在测量结果的显示方面，要么是模拟显示，要么是数字显示。仅仅是模拟显示在做数据记录时不够方便，而仅仅是数字显示时，在被监视的信号较多的情况下，监视人员则不可能即时掌握全部情况。本专利技术的目的是提供一种多功能交流电量的测量方法和装置，以实现交流电量的全参数(初相角、幅度、功率、因数角、有功功率、无功功率等)的瞬间测量;在测量结果的显示方面，利用简单的方法将模拟显示和数字显示结合为一体。它不仅提供了一种灵活的多功能交流电表，而且对电力工业电网电压的调整和无功功率的瞬间补偿，也提供了必要的控制数据。附附图说明图1是本专利技术对正弦变量进行测量的测量方法示意图附图2是实现本专利技术的装置的构成方框图附图3是一种测量结果显示器结构示意图附图4是一种测量装置的电路原理图附图1(a)是本专利技术对一个正弦变量的瞬间测量过程的示意图，Am为该变量的幅度，α为测量时刻该变量的初相角，△α为测量相角增量，△α是人为设定的一个很小的数值，A1、A2为在该△α间隔端点上的两次取样数值，该变量在△α上的增量△A＝A2-A1。当给定了△α，在△α间隔上测得了两个瞬时数值A1和A2，则可利用这三个基本数据用下面所述的处理方法，计算出该变量相对于测量时刻的瞬时初相角α和幅度Am。下面介绍本专利技术的交流电量瞬间测量方法的详细工作原理。如上所介绍△α为给定值，任一时刻在△α间隔上的两次取样分别为A1和A2，有A1＝Amsinα①A2＝Amsin(α+△α)②由于△α很小。故可用微分替代增量，则△A＝A2-A1≈Amcosα△α③A2＝A1+△A＝A1+Amcosα△α④由式①和④得到相对于测量时刻该变量的初相角为α＝tg-1(△αA1)/(A2-A1) ⑤由式⑤求出的α值代入式①，即可得到测量时刻预测到的该变量幅度为Am＝A1/sinα⑥这样，由式⑤和式⑥即确定了相对于测量时刻该变量的基本特征参数初相角α和幅度Am。参看附图1(b)，对于一个交流电压和与该电压有关的电流，它们的特征参数的测量，其方法是设置连续的三个等间隔相角增量△α，在第一个△α的间隔两端点上，对该电压采样，得到该电压的两个瞬时幅值u1和u2;相隔一个△α后，在第三个△α间隔的两个端点上对该电流采样，得到该电流的两个瞬时幅值i1和i2，则按照公式⑤和公式⑥，分别得到它们的特征参数如下 式中αu、αi分别为该电压和该电流相对于它们各自的第一次测量时刻的初相角;Um、Im分别为它们在测量时刻的幅度预测值。由以上四式即可得到该电压和该电流的全部特征参数如下瞬间功率因数角φ＝αu+2△α-αi⑦瞬间电压幅度预测值Um＝u1/sinαu⑧瞬间电流幅度预测值Im＝i1/sinαi⑨瞬间有功功率预测值P＝ (UmIm)/2 cosφ⑩瞬间无功功率预测值Q＝ (UmIm)/2 sinφ(11)该电压和该电流采样的总时间为△t＝ (3△α)/(ω) (12)式中ω为该电量的角频率，如我国交流电网的电压频率为50Hz，则ω＝2πf＝100π(弧度/秒)。对于处于稳态的正弦电量，由式⑦～(11)所表示的，即是该电量常规定义下的全部特征参数的测量值;而对于非稳态交流电量，由以上各式表示的，除了给出测量时的功率因数角外，也给出了该时刻预测到的相对于基频的该电量的全部特征值。如果在取样数据中有一瞬时值为零，如u1为零，此时按照式⑥将计算不出Am来。在这种情况下，可由式②求得该幅度Am如下Am= (A2)/(sin△α) (α＝0)(13)利用计算机数据采集系统，很容易实现上述测量。计算机的定时器，可以被设置并产生精确的测量相角增量(测量间隔)△α。由计算机控制，在该△α的两个端点上对输入电量采样，取得两个该电量的瞬时值数据，然后，由式⑤和式⑥计算出该电量相对于测量时刻的初相角和预测到的幅度。这两次采样的相角增量△α还可以随机产生，只要该△α是可测量的。例如，由计算机起动一个计数定时器，同时也起动A/D转换器，在转换结束时，由该A/D转换器的转换结束标志对计算机产生中断，计算机根据该中断时刻和该计数定时器的内容，就可以产生一个随机的△α。用数字计算机控制的测量是瞬间进行的。这个测量滞后时间与测量相角增量△α大小和该计算机的运算速度直接相关。附图1(C)是利用以上方法的瞬时交流电量测量方法原理框图。在附图1(C)中，(9)和(10)是△α移相器，(11)是△α产生器，(12)是为完成式⑤～(11)运算的模拟计算机，(13)～(17)为该计算机输出的瞬时测量结果的模拟信号。可以看出，交流电压和它移相(滞后)一个测量相角增量△α后的电压，在同一时刻，它们的幅值，原电压信号对应于上述测量方法中的u2;而移相后的电压则对应于u1。因此，利用两个△α移相器(9)和(10)，分别对输入电压和与该电压有关的电流移相△α后，即能得到模拟解算的必要信号，它们是输入的电压和与该电压有关的电流，分别用作u2和i2信号;该输入电压、电流经移相(滞后)一个测量相角增量△α，分别用作u1和i1信号;以及设置的△α信号。这些模拟信号输入到模拟计算机(12)，完成式⑤～(11)的运算处理(此时功率因数角用式φ＝αu-αi计算)，或是它们的幂级数展开式的运算，在其输出端即可得到与该电量的电压U、电流I、功率因数cosφ、有功功率P、无功功率Q等分别成比例的模拟信号，即瞬时测量结果。采用上述方法测到了瞬间(或瞬时)功率因数角，那么，在电网中，就可以做为瞬时(或瞬间)负载性质的测量信号。它与瞬时(或瞬间)幅度一起，作为控制信号，以对该电网的无功功率进行瞬时(或瞬间)补偿，或对电网电压进行瞬时(或瞬间)调整。有了交流电量的全部测量特征参数，就可以制做出各种仪表，如电压/电流表、功率因数角、功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流电量瞬间测量方法，其特征在于：它由下以下步骤组成：①给出测量间隔所对应的相角增量△α；②从测量时刻开始，按先后顺序依次以该相角增量△α为间隔，对该电量的电压和与该电压有关的电流各采样两次，得到该电压的两个瞬时值ｕ１和ｕ２，以 及得到该电流的两个瞬时值ｉ１和ｉ２；③进行如下公式的计算，得到该电压特征值，即相对于测量时刻的初相角αｕ和幅度预测值ｕｍ；＊＊＊ｕｍ＝ｕ１／ｓｉｎαｕ同样形式的计算得到该电流的特征值，即相对于测量时刻的初相角αｉ和幅度预测值 Ｉｍ；④利用以上计算的该电压和该电流的特征值，进行如下公式的计算，得到瞬间该电量功率因数角ψ以及得到该电量的有功功率Ｐ、无功功率Ｑ的预测值：ψ＝αｕ＋２△α－αｉ＊＊＊＊＊＊⑤如果该电压或电流暷第一次采样值为零，可利用下 式计算幅度ｕｍ＝ｕ２／ｓｉｎ△α或重复一个测量过程；⑥用于永久记录式显示的目的，该方法包括对多组测量结果的平滑处理；⑦两次采样的相角增量△α（采样间隔），可以随机产生，只要△α是可测量的。⑧如果用于瞬时测量，则输入电压和 与该电压有关的电流，分别用作ｕ２、ｉ２信号，而它们经移相器（９）和（１０）分别移相一个测量相角增量△α后的信号，用作ｕ１和ｕ１０这些模拟信号送到模拟计算机（１２），按上述公式或它们的幂级数展开式进行运算，由该模拟计算机的输出端，输出瞬时的测量模拟信号（１３）～（１７）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕铀，
申请(专利权)人：吕铀，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]