CN102854381B - 一种有功功率和无功功率的误差补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有功功率和无功功率的误差补偿方法，属于交流电路参数测量技术领域。本发明首先对采样后的有功功率和无功功率进行平均计算，得到平均有功功率和平均无功功率，然后对平均有功功率和平均无功功率进行偏移误差补偿、比例误差补偿和角度误差补偿，以得到最终的有功功率和无功功率输出；有功偏移误差设置值、无功偏移误差设置值、比例误差调整系数和角度误差调整系数是通过直接的校正计算处理获得，不但使各校正参数能够准确计算和设置，而且还对由共模噪声所引起的偏移误差进行了补偿，补偿精度高。

Description

一种有功功率和无功功率的误差补偿方法

技术领域

本发明涉及一种有功功率和无功功率的误差补偿方法，属于交流电路参数测量技术领域。

背景技术

分压电路、电流互感器的比例误差和电流互感器的移相误差是功率和电能测量的主要误差，直接影响到测量结果的准确度。因此，在功率测量和电能计量中必须对这些系统误差进行补偿，才能保证测量的准确度。依据炬力集成电路设计有限公司设计的高精度多功能三相电能专用计量芯片ATT7022A、ATT7022B的用户手册，已有的有功和无功的误差补偿方法如图1所示。相位校正设置在电流采样经过高通滤波去除直流成分之后，通过滤波调整电流瞬时相位。随后，校正相位后的电流和只经过高通滤波的电压信号相乘得到瞬时有功；和经过高通滤波、90度移相滤波的电压信号相乘得到瞬时无功。瞬时有功和瞬时无功分别乘以比例校正系数，再经过平均计算，最终输出有功功率和无功功率测量结果。该方法的相位校正和比例校正均对瞬时值进行处理，但瞬时值是包含较大波动的变化量，并会达到0。在定点数运算中，乘法运算结果需要数据截断，而接近0的数据乘法截断的相对误差会远远大于和远离0的数据乘法截断。该现象会造成已有方法相位校正参数或比例校正参数的低位数据的变化引起不平滑的功率补偿调整量。由此，已有方法在校准过程中相位校正参数或比例校正参数难以准确计算和设置，此外，该方法还缺乏对共模噪声所引起的偏移误差的补偿。

发明内容

本发明的目的是提供一种有功功率和无功功率的误差补偿方法，以解决目前有功功率和无功功率误差补偿方法在较准过程中相位校正参数或比例校正参数难以准确计算和设置以及缺乏对共模噪声所引起的偏移误差的补偿问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种有功功率和无功功率的误差补偿方法，该误差补偿方法的步骤如下：

1）根据测量到的有功功率和无功功率，计算其相应的平均有功功率P_I和平均无功功率Q_I；

2）将计算出的平均有功功率P_I和无功功率Q_I分别减去有功偏移误差设置值B_P和无功偏移误差设置值B_Q以相应得到偏置校正后的有功功率P_B和无功功率Q_B；

3）将偏置校正后的有功功率P_B和无功功率Q_B都乘以比例误差调整系数K分别得到比差校正后的有功功率P_K和无功功率Q_K；

4）将比差校正后的有功功率和无功功率分别进行角度误差补偿计算，以得到最终补偿后的有功功率P和无功功率Q。

所述的步骤4）中的角度误差补偿计算的公式为：

其中，为角度误差调整系数。

所述的步骤1）中是通过具有相同计算延时的计算和多个采样点的平均来获得具有相同计算延时的平均有功功率和平均无功功率。

所述的有功偏移误差设置值B_P、无功偏移误差设置值B_Q、比例误差调整系数K和角度误差调整系数通过N次校准处理获得，N为正整数，每次校准处理的计算公式为：

$K=K_1\·\sqrt{({(P_{R2}-P_{R1})}^2+{(Q_{R2}-Q_{R1})}^2)/({(P_2-P_1)}^2+{(Q_2-Q_1)}^2)}$

其中，P_R1和Q_R1分别为第一次输入工频交流有功和无功测量系统的有功功率和无功功率的真实值，P₁和Q₁分别为对应第一次输入、经过误差补偿最终输出的有功功率和无功功率的测量值，P_R2和P_R2分别为第二次输入工频交流有功和无功测量系统的有功功率和无功功率的真实值，P₂和Q₂分别为对应第一次输入、经过误差补偿最终输出的有功功率和无功功率的测量值，B_P1、B_Q1、K₁和分别为校准处理前的有功偏移误差设置值、无功偏移误差设置值、比例误差调整系数和角度误差调整系数的初始取值，arg(x+j·y)为复数x+j·y的辅角，输出角度范围为(-π,π]弧度。

本发明的有益效果是：本发明通过对实测的有功功率和无功功率进行平均计算后，对其进行偏移误差、比例误差和角度误差进行补偿，对由共模噪声所引起的偏移误差进行了补偿，各误差补偿过程的校正参数是通过直接准确的校正计算处理而获得的，得到的校正参数更加准确，从而提高了补偿精度。

附图说明

图1是现有的有功功率和无功功率的误差补偿方法的原理框图；

图2是本发明的有功功率和无功功率的误差补偿方法的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本发明的有功功率和无功功率的误差补偿方法的原理框图如图2所示，以一对频率为50Hz的纯正弦电压和电流信号的有功功率和无功功率为例来详细说明本发明的具体过程。采样频率为4kHz，利用本发明的误差补偿方法对平均有功功率P_I和平均无功功率Q_I进行误差补偿处理，其具体步骤如下：

1.通过具有相同计算延时的计算和400个采样点平均，获得平均有功功率P_I和平均无功功率Q_I，

2.将输入的平均有功功率P_I减去有功偏移误差设置值B_P，得到偏置校正后的有功功率P_B，将输入的平均无功功率Q_I减去无功偏移误差设置值B_Q，得到偏置校正后的无功功率Q_B，即：P_B＝P_I-B_P，Q_B=Q_I-B_Q。

3.将偏置校正后的有功功率P_B乘以比例误差系数K，得到比差校正后的有功功率P_K，同理降偏置校正后的无功功率Q_B乘以比例误差系数K，得到比差校正后的无功功率Q_K，即：P_K＝K·P_B   Q_K=K·Q_B。

4.将比差校正后的有功功率P_K和无功功率Q_K进行角度误差补偿计算，得到误差补偿后最终输出的有功功率P和无功功率Q，角度误差补偿的计算公式为：

其中为角度误差调整系数。

在误差校准前，有功偏移误差设置值B_P、无功偏移误差设置值B_Q、比例误差调整系数K、角度误差调整系数初始取值分别为B_P1=0.00620，B_Q1=-0.00130，K₁=1.00000，当前校准处理的有功偏移误差设置值B_P、无功偏移误差设置值B_Q、比例误差调整系数K和角度误差调整系数的计算公式如下：

$K=K_1\·\sqrt{({(P_{R2}-P_{R1})}^2+{(Q_{R2}-Q_{R1})}^2)/({(P_2-P_1)}^2+{(Q_2-Q_1)}^2)},$

其中，P_R1和Q_R1分别为第一次输入工频交流有功和无功测量系统的有功功率和无功功率的真实值，P₁和Q₁分别为对应第一次输入、经过误差补偿最终输出的有功功率和无功功率的测量值，P_R2和P_R2分别为第二次输入工频交流有功和无功测量系统的有功功率和无功功率的真实值，P₂和Q₂分别为对应第一次输入、经过误差补偿最终输出的有功功率和无功功率的测量值，B_P1、B_Q1、K₁和分别为校准处理前的有功偏移误差设置值、无功偏移误差设置值、比例误差调整系数和角度误差调整系数的初始取值，arg(x+j·y)为复数x+j·y的辅角，输出角度范围为(-π,π]弧度。本实施例中，第一次有功和无功真实值分别为P_R1=1.0000W和Q_R1=-0.5000Var，此时经过前述3个步骤的误差补偿最终输出的有功功率和无功功率测量值分别为P₁=0.9989W和Q₁=-0.4988Var；第二次有功和无功真实值分别为P_R2=2.0000W和Q_R2=2.0000Var，此时经过前述3个步骤的误差补偿最终输出的有功功率和无功功率测量值分别为P₂=2.0031W和Q₂=2.0074Var，

有功偏移误差设置值B_P、无功偏移误差设置值B_Q、比例误差调整系数K和角度误差调整系数按照前述公式，经过1次校准处理后的结果为：

$K=K_1\·\sqrt{({(P_{R2}-P_{R1})}^2+{(Q_{R2}-Q_{R1})}^2)/({(P_2-P_1)}^2+{(Q_2-Q_1)}^2)}=0.99729,$

误差补偿处理采用上述调整系数后，如果测量真实值分别为P_R1=1.0000W和Q_R1=-0.5000Var的有功和无功，由本发明的误差补偿最终输出的有功功率P和无功功率Q测量值为1.000005W和-0.49996Var；如果测量真实值分别为P_R1=2.0000W和Q_R1=2.0000Var的有功和无功，由前述3个步骤的误差补偿最终输出的有功功率P和无功功率Q测量值为2.00002W和2.00001Var；经过1次校准处理后，再次的测量相对误差均小于0.01%。

Claims (3)

1.一种有功功率和无功功率的误差补偿方法，其特征在于：该补偿方法的步骤如下：

1)采集有功功率和无功功率，计算其相应的平均有功功率P_I和平均无功功率Q_I；

2)将计算出的平均有功功率P_I和平均无功功率Q_I分别减去有功偏移误差设置值B_P和无功偏移误差设置值B_Q以相应得到偏置校正后的有功功率P_B和无功功率Q_B；

3)将偏置校正后的有功功率P_B和无功功率Q_B都乘以比例误差调整系数K分别得到比差校正后的有功功率P_K和无功功率Q_K；

4)将比差校正后的有功功率和无功功率分别进行角度误差补偿计算，以得到最终补偿后的有功功率P和无功功率Q；

所述的有功偏移误差设置值B_P、无功偏移误差设置值B_Q、比例误差调整系数K和角度误差调整系数通过N次校准处理获得，N为正整数，每次校准处理的计算公式为： $K=K_1\·\sqrt{({(P_{P2}-P_{R1})}^2+{(Q_{R2}-Q_{R1})}^2)/\left({(P_2-P_1)}^2{+(Q_2-Q_1)}^2\right)}$

其中，P_R1和Q_R1分别为第一次输入工频交流有功和无功测量系统的有功功率和无功功率的真实值，P₁和Q₁分别为对应第一次输入、经过误差补偿最终输出的有功功率和无功功率的测量值，P_R2和P_R2分别为第二次输入工频交流有功和无功测量系统的有功功率和无功功率的真实值，P₂和Q₂分别为对应第一次输入、经过误差补偿最终输出的有功功率和无功功率的测量值，B_P1、B_Q1、K₁和分别为校准处理前的有功偏移误差设置值、无功偏移误差设置值、比例误差调整系数和角度误差调整系数的初始取值，arg(x+j·y)为复数x+j·y的辅角，输出角度范围为(-π,π]弧度。

2.根据权利要求1所述的有功功率和无功功率的误差补偿方法，其特征在于：所述的步骤1)中是通过具有相同计算延时的计算和多个采样点的平均来获得具有相同计算延时的平均有功功率和平均无功功率。

3.根据权利要求1所述的有功功率和无功功率的误差补偿方法，其特征在于：所述的步骤4)中的角度误差补偿计算的公式为：

其中，为角度误差调整系数。