專利名稱：電壓調(diào)制比的校驗(yàn)和測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號(hào)測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及到電能質(zhì)量與電學(xué)計(jì)量領(lǐng)域，可用于電力閃變儀或閃變儀校驗(yàn)系統(tǒng)中的電壓調(diào)制比的準(zhǔn)確測量。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人們生活水平的提高，電網(wǎng)負(fù)荷的急劇增加，特別是沖擊性、非線性負(fù)荷所占比重的不斷加大，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓產(chǎn)生波動(dòng)和閃變的因素越來越多，嚴(yán)重影響了電能質(zhì)量。電壓波動(dòng)是指電壓有效值的快速變化，閃變是指由于供電電壓小幅度的快速變化導(dǎo)致電光源輸出照度(或亮度)的閃爍對人眼所產(chǎn)生不良刺激的現(xiàn)象。已被公認(rèn)的結(jié)論是，O. 05Hz 35Hz的電壓波動(dòng)對人眼視覺會(huì)產(chǎn)生影響。IEC61000-4-15 (IEC的全稱International Electrotechnical Commission)提出了閃變儀的設(shè)計(jì)規(guī)范，并給出了閃變儀的檢測要求，我國也采用IEC61000-4-15推薦的閃變測量方法。然而，IEC61000-4-15只 給出了閃變測量的模擬框圖，并沒有給出具體的實(shí)現(xiàn)方法，因而國內(nèi)外出現(xiàn)了各種各樣的閃變儀。對于這些閃變儀的準(zhǔn)確性需要進(jìn)行校驗(yàn)，其中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是校驗(yàn)其電壓調(diào)制比測量的準(zhǔn)確性。目前校驗(yàn)電壓調(diào)制比的方法大都建立在信號(hào)采樣和數(shù)學(xué)處理的基礎(chǔ)上，原理框圖如圖I所示。被校閃變儀和校驗(yàn)系統(tǒng)同時(shí)測量信號(hào)源輸出的信號(hào)，然后通過比較兩者的測量結(jié)果來校驗(yàn)被校閃變儀的性能。校驗(yàn)系統(tǒng)中信號(hào)源和數(shù)字電壓表之間通過鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)同步，由信號(hào)源輸出方波調(diào)制電壓信號(hào)，經(jīng)輔助測試裝置(例如分壓器或變壓器)后，變換成滿足數(shù)字電壓表量程的電壓信號(hào)，再由數(shù)字電壓表進(jìn)行采樣，并將樣本送至計(jì)算機(jī)內(nèi)通過不同的數(shù)學(xué)處理方法得到電壓調(diào)制比。例如，澳大利亞計(jì)量院采用圖I所示方式，其中計(jì)算機(jī)通過分析方波調(diào)制信號(hào)中基波電壓半周期峰值的變化得出調(diào)制比。英國國家物理實(shí)驗(yàn)室也采用圖I所示的源表同步方式測量調(diào)制比。在調(diào)制頻率不高時(shí)，通過測量輸出電壓一個(gè)周期有效值的變化得出調(diào)制比；當(dāng)調(diào)制頻率較高時(shí)，通過輸出電壓的離散傅里葉變換在頻域中分析一個(gè)周期的基波幅值來得出調(diào)制比。為了解決非同步采樣條件下利用離散傅里葉變換計(jì)算一個(gè)周期的基波幅值所存在的誤差問題，法國國家度量衡學(xué)實(shí)驗(yàn)室在采樣頻率和基波信號(hào)頻率成整數(shù)倍的條件下，利用傅里葉變換分析多個(gè)周期的電壓有效值的變化得出調(diào)制比。而中國計(jì)量科學(xué)研究院采用半周期補(bǔ)償?shù)姆椒?，通過準(zhǔn)確計(jì)算半個(gè)周期內(nèi)基波幅值的變化得出調(diào)制比。這種方法若想獲得較高的準(zhǔn)確度，則需要準(zhǔn)確已知非同步采樣誤差，這樣進(jìn)一步增加了測量的復(fù)雜性。上述方法中，時(shí)域內(nèi)方波調(diào)制電壓信號(hào)u(t)可利用下式表達(dá)a (O = /lsm(27r//)x|l + · sign[siu(27i/"M )]|，其中，t為時(shí)間；A和f分別為載波信號(hào)的幅值和頻率；fM為調(diào)制頻率，范圍為(T30Hz ;k為調(diào)制比。載波信號(hào)的最大幅值為Umax = A(l+k/2)，最小幅值為Umin = A(l-k/2)，由最大幅值和最小幅值可得調(diào)制比為
權(quán)利要求
1.電壓調(diào)制比的校驗(yàn)和測量方法，其特征在于包括如下步驟 第一步，利用數(shù)字電壓表對信號(hào)源輸出的方波調(diào)制信號(hào)進(jìn)行采樣，獲取M個(gè)載波周期的信號(hào)樣本，共N個(gè)，M、N分別為自然數(shù)，并傳送至計(jì)算機(jī)內(nèi)儲(chǔ)存； 第二步，利用計(jì)算機(jī)將N個(gè)信號(hào)樣本按照載波周期分成M組，M為載波的周期數(shù)；分組原則為每組的第一個(gè)樣本應(yīng)該大于等于零，最后一個(gè)樣本應(yīng)該小于零； 第三步，利用公開號(hào)為CN101603985的專利申請中的高準(zhǔn)確度正弦信號(hào)測量方法計(jì)算每組樣本的載波幅值，共得到M個(gè)載波幅值；對M個(gè)載波幅值從小到大排序，若排序后為“I”形狀的三段曲線，舍棄中間過渡區(qū)曲線中的數(shù)據(jù)；對于下段曲線中的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均計(jì)算，得到對于上段曲線中的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均計(jì)算，得到已，若排序后的結(jié)果若無明顯分區(qū)，則返回第一步重新選取M個(gè)載波周期進(jìn)行信號(hào)樣本采隼； 第四步，對于得到形狀的三段曲線，將巧和Γ代入 ,.(^Un-Uh) K — 2~得電壓調(diào)制比k。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電壓調(diào)制比的校驗(yàn)和測量方法，其特征在于所述的信號(hào)樣本的表達(dá)通式為 v(n) = Asm{2nf //s)x|l + *~sign[sm(2K/w / fs)]J， 其中n為大于等于O且小于等于(N-I)的整數(shù)，fs為數(shù)字電壓表的采樣頻率，A和f 分別為載波信號(hào)的幅值和頻率；fM為調(diào)制頻率，其范圍為(T30Hz ；k為調(diào)制比。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓調(diào)制比的校驗(yàn)和測量方法，其特征在于所述的調(diào)制頻率fM的范圍為(Γ30Ηζ。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電壓調(diào)制比的校驗(yàn)和測量方法，其特征在于第三步中所述的明顯分區(qū)是通過如下方式進(jìn)行判斷 對于排序后的M個(gè)載波幅值A(chǔ)1, "·，ΑΜ，$& = Ain-Ai, i = I, "·，Μ-1，在由構(gòu)成的數(shù)組中，如果存在數(shù)組as, as+1,…，arf, ar，并且這些元素比a1;…，和ar+1, - 均大10倍以上，則A1,…，As為小值區(qū)，對它們?nèi)∑骄?，得到氏；Art,…，Am為大值區(qū)，對它們?nèi)∑骄?，得?amp;，As+1,…，\為中間過渡區(qū)的載波幅值，對它們不予考慮；如果不存在as，或者不存在則返回第一步重新選取M個(gè)載波周期進(jìn)行信號(hào)樣本采集。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電壓調(diào)制比的校驗(yàn)和測量方法，屬于信號(hào)測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及到電能質(zhì)量與電學(xué)計(jì)量領(lǐng)域。本發(fā)明提供的調(diào)制比校驗(yàn)和測量方法中，在信號(hào)源和數(shù)字電壓表之間沒有鎖相環(huán)，采用公開號(hào)為CN101603985的專利申請中的方法計(jì)算方波調(diào)制信號(hào)中載波電壓每周期的最大幅值和最小幅值，再利用多個(gè)周期載波電壓最大幅值的平均值和最小幅值的平均值，得到調(diào)制比。本發(fā)明計(jì)算調(diào)制比時(shí)，載波電壓的最大值和最小值利用多個(gè)周期的平均值，減小了隨機(jī)誤差的影響。
文檔編號(hào)G01R19/25GK102788965SQ20121025442
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者付靜靜, 吳靜, 王彬 申請人:北京航空航天大學(xué)