基于热电变换器的宽频交流功率测量装置及方法制造方法及图纸

本申请涉及电能计量技术领域，特别涉及一种基于热电变换器的宽频交流功率测量装置及方法，其中，装置包括：带通滤波器和带阻滤波器，基于被测电压信号和被测电流信号得到基波电压、基波电流、谐波电压和谐波电流；第一加法器和第二加法器及第一减法器和第二减法器输出基波分量和谐波分量；第一至第五热电变换器进行电热转换，得到对应于基波分量和谐波分量的等效的直流参量；采样微控制器得到基波功率、谐波功率和基波功率因数。本申请实施例可以在电压、电流信号中有谐波条件下，基于热电变换器实现基波功率和谐波功率的测量，得到基波功率因数，提高了频率响应的范围宽度，降低了高频功率测量的成本，准确性和实用性更强。准确性和实用性更强。准确性和实用性更强。

【技术实现步骤摘要】
基于热电变换器的宽频交流功率测量装置及方法


[0001]本申请涉及电能计量
，特别涉及一种基于热电变换器的宽频交流功率测量装置及方法。

技术介绍

[0002]随着如舰船电力系统、飞机动力系统和电磁手术刀等新型电力系统建设的不断推进，电力系统对电能计量的宽频带要求随之提高
[0003]相关技术中，电子式电能表或智能电能表采用采样法实现电能计量，准确度在0Hz～2.5kHz频率范围内满足电能贸易结算要求。
[0004]然而，相关技术中，采样法的测算功率和计量电能的频率适应范围窄、准确度较低且未实现基波功率与谐波功率的区分，无法保障宽频带的电能计量需求，且对高精度A/D转换芯片依赖性强，增加了电能表的制造成本，难以实现高准确性且低成本的高频功率测量，实用性不足，亟待解决。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种基于热电变换器的宽频交流功率测量装置及方法，以解决相关技术中，采样法的测算功率和计量电能的频率适应范围窄、准确度较低且未实现基波功率与谐波功率的区分，无法保障宽频带的电能计量需求，且对高精度A/D转换芯片依赖性强，增加了电能表的制造成本，难以实现高准确性且低成本的高频功率测量，实用性不足等问题。
[0006]本申请第一方面实施例提供一种基于热电变换器的宽频交流功率测量装置，包括：带通滤波器和带阻滤波器，所述带通滤波器和所述带阻滤波器的一端均与信号输入端相连，以基于被测电压信号和被测电流信号得到基波电压、基波电流、谐波电压和谐波电流；第一加法器和第二加法器及第一减法器和第二减法器，第一加法器和所述第一减法器的输入端均与所述带通滤波器的另一端相连，所述第二加法器和所述第二减法器的输入端均与所述带阻滤波器的另一端相连，以根据所述基波电压、所述基波电流、所述谐波电压和所述谐波电流输出基波分量和谐波分量；第一至第五热电变换器，所述第一至第五热电变换器的输入端分别与所述第一加法器的输出端、所述第一减法器的输出端、所述第二加法器的输出端、所述第二减法器的输出端和所述带通滤波器的另一端相连，以对所述基波分量和所述谐波分量进行电热转换，得到对应于基波分量和谐波分量的等效的直流参量；采样微控制器，所述采样微控制器分别与所述第一至第五热电变换器的输出端相连，所述采样微控制器基于所述对应于基波分量和谐波分量的等效的直流参量得到基波功率、谐波功率和基波功率因数。
[0007]可选地，在本申请的一个实施例中，所述装置还包括：第一至第五开关，所述第一至第五开关分别设置于所述第一至第五热电变换器的输入端和所述第一加法器的输出端、所述第一减法器的输出端、所述第二加法器的输出端、所述第二减法器的输出端、所述带通滤波器的另一端之间。
[0008]可选地，在本申请的一个实施例中，所述采样微控制器具体用于闭合第一开关和第二开关，测量所述基波功率，并闭合第四开关和第五开关，测量所述谐波功率，且再闭合第三开关，测量基波功率因数。
[0009]可选地，在本申请的一个实施例中，所述基波功率、所述谐波功率和所述基波功率因数的计算公式为：
[0010][0011][0012][0013]其中，P1为基波功率，S1为视在功率，P
h
为谐波功率，PF1为基波功率因数，U1、I1分别为基波电压、基波电流有效值，θ1是基波电压初相角，φ1是基波电流初相角，h为谐波次数，U
h
、I
h
分别为h次谐波电压和h次谐波电流有效值，θ
h
是h次谐波电压初相角，φ
h
是h次谐波电流初相角，D
1+
、D1‑
、D
h+
、D
h
‑
、D
i1
为直流信号参量。
[0014]本申请第二方面实施例提供一种基于热电变换器的宽频交流功率测量方法，利用上述基于热电变换器的宽频交流功率测量装置，包括以下步骤：基于所述被测电压信号和所述被测电流信号得到所述基波电压、所述基波电流、所述谐波电压和所述谐波电流；根据所述基波电压、所述基波电流、所述谐波电压和所述谐波电流输出所述基波分量和所述谐波分量对所述基波分量和所述谐波分量进行电热转换，得到所述对应于基波分量和谐波分量的等效的直流参量；基于所述对应于基波分量和谐波分量的等效的直流参量得到所述基波功率和所述谐波功率。
[0015]本申请第三方面实施例提供一种基于热电变换器的宽频交流功率测量装置，包括：带通滤波器或者低通滤波器，所述带通滤波器或者所述低通滤波器的一端与信号输入端相连，以基于被测电压信号和被测电流信号得到基波电压、基波电流；第一加法器和第二加法器及第一减法器和第二减法器，所述第一加法器和所述第一减法器的输入端均与所述带通滤波器或者所述低通滤波器的另一端相连，所述第二加法器和所述第二减法器的输入端均与所述信号输入端相连，以根据所述基波电压、所述基波电流输出原信号和对应的基波分量；第一至第五热电变换器，所述第一至第五热电变换器的输入端分别与所述第一加法器的输出端、所述第一减法器的输出端、所述第二加法器的输出端、所述第二减法器的输出端和所述带通滤波器或所述低通滤波器的另一端相连，以对所述原信号和对应的基波分量进行电热转换，得到原信号总的等效直流参量以及基波分量的等效直流参量；采样微控制器，所述采样微控制器分别与所述第一至第五热电变换器的输出端相连，所述采样微控制器基于所述原信号总的等效直流参量以及所述基波分量的等效直流参量得到基波功率和谐波功率。
[0016]可选地，在本申请的一个实施例中，所述装置还包括：第一至第五开关，所述第一至第五开关分别设置于所述第一至第五热电变换器的输入端和所述第一加法器的输出端、所述第一减法器的输出端、所述第二加法器的输出端、所述第二减法器的输出端、所述带通
滤波器或所述低通滤波器的另一端之间。
[0017]可选地，在本申请的一个实施例中，所述采样微控制器具体用于闭合第一开关和第二开关，测量所述基波功率，并闭合第四开关和第五开关，测量所述谐波功率，且再闭合第三开关，测量基波功率因数。
[0018]本申请第四方面实施例提供一种基于热电变换器的宽频交流功率测量方法，利用上述基于热电变换器的宽频交流功率测量装置，包括以下步骤：基于所述被测电压信号和所述被测电流信号得到所述基波电压、所述基波电流；根据所述基波电压、所述基波电流输出所述原信号和对应的基波分量；对所述原信号和所述对应的基波分量进行电热转换，得到所述原信号总的等效直流参量以及所述基波分量的等效直流参量；基于所述原信号总的等效直流参量以及所述基波分量的等效直流参量得到所述基波功率和所述谐波功率。
[0019]本申请第五方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的基于热电变换器的宽频交流功率测量方法。
[0020]本申请第六方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热电变换器的宽频交流功率测量装置，其特征在于，包括：带通滤波器和带阻滤波器，所述带通滤波器和所述带阻滤波器的一端均与信号输入端相连，以基于被测电压信号和被测电流信号得到基波电压、基波电流、谐波电压和谐波电流；第一加法器和第二加法器及第一减法器和第二减法器，第一加法器和所述第一减法器的输入端均与所述带通滤波器的另一端相连，所述第二加法器和所述第二减法器的输入端均与所述带阻滤波器的另一端相连，以根据所述基波电压、所述基波电流、所述谐波电压和所述谐波电流输出基波分量和谐波分量；第一至第五热电变换器，所述第一至第五热电变换器的输入端分别与所述第一加法器的输出端、所述第一减法器的输出端、所述第二加法器的输出端、所述第二减法器的输出端和所述带通滤波器的另一端相连，以对所述基波分量和所述谐波分量进行电热转换，得到对应于基波分量和谐波分量的等效的直流参量；以及采样微控制器，所述采样微控制器分别与所述第一至第五热电变换器的输出端相连，所述采样微控制器基于所述对应于基波分量和谐波分量的等效的直流参量得到基波功率、谐波功率和基波功率因数。2.根据权利要求1所述的基于热电变换器的宽频交流功率测量装置，其特征在于，还包括：第一至第五开关，所述第一至第五开关分别设置于所述第一至第五热电变换器的输入端和所述第一加法器的输出端、所述第一减法器的输出端、所述第二加法器的输出端、所述第二减法器的输出端、所述带通滤波器的另一端之间。3.根据权利要求2所述的基于热电变换器的宽频交流功率测量装置，其特征在于，所述采样微控制器具体用于闭合第一开关和第二开关，测量所述基波功率，并闭合第四开关和第五开关，测量所述谐波功率，且再闭合第三开关，测量基波功率因数。4.根据权利要求3所述的基于热电变换器的宽频交流功率测量装置，其特征在于，所述基波功率、所述谐波功率和所述基波功率因数的计算公式为：基波功率、所述谐波功率和所述基波功率因数的计算公式为：基波功率、所述谐波功率和所述基波功率因数的计算公式为：其中，P1为基波功率，S1为视在功率，P
h
为谐波功率，PF1为基波功率因数，U1、I1分别为基波电压、基波电流有效值，θ1是基波电压初相角，φ1是基波电流初相角，h为谐波次数，U
h
、I
h
分别为h次谐波电压和h次谐波电流有效值，θ
h
是h次谐波电压初相角，φ
h
是h次谐波电流初相角，D
1+
、D1‑
、D
h+
、D
h
‑
、D
i1
为直流信号参量。5.一种基于热电变换器的宽频交流功率测量方法，其特征在于，采用如权利要求1
‑
4任一项所述的基于热电变换器的宽频交流功率测量装置，其中，方法包括以下步骤：
基于所述被测电压信号和所述被测电流信号得到所述基波电压、所述基波电流、所述谐波电压和所述谐波电流；根据所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李世松，刘坚，要文波，赵东芳，刘型志，李凯特，程瑛颖，吴华，马永超，麻滨麒，陈文礼，王思韡，邹波，何珉，黄松岭，赵伟，
申请(专利权)人：清华大学国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：