探讨智能电网计量及合适的架构

总、基波和谐波无功功率。无功功率是指电压和电流信号之一的所有谐波成分发生90°相移时产生的电压和电流波形：

公式5

这是一种纯粹的振荡功率，均值为0。与有功功率类似，无功功率分为总无功功率、基波无功功率和谐波无功功率三种。总无功功率的问题是其实际意义不大，长期以来都是饱受争议的一个话题。因此，需要测量的一般都是基波无功功率和谐波无功功率。

电流和电压均方根表示电流或电压的平方的整数线路周期数的均值：

公式6

如果电压和电流中的基波和谐波组分得以确定，则同时还需要基波和谐波的均方根值。

总、基波和谐波视在功率。

视在功率定义为均方根电流和均方根电压的算术积，根据所用均方根值，结果可能是总视在功率、基波视在功率或谐波视在功率。

这些是需要测量的最重要的量。其他量有：功率系数、谐波失真、三相系统中的正、负和零序列功率。

用于测量这些量的仪器未必具有高端输电线路监控器的性能，多数情况下也不必如此。随着要求的提出，随着每一代新型半导体元件价格的下降，这些量的测量将渗透到整个电网。例如，很难想象有必要在住宅中用电表计算谐波功率。

然而，从智能电网的角度来看，鼓励用户在能耗量最低的夜晚给电动车充电，这是最有意义的。但在变电站层面完全有必要使用监控上述所有量的仪器。

对当地工业用户进行监控，以证实谐波污染保持于最低水平，这是非常有意义的，因为很有可能是某个工序向电网中注入了谐波。从这一点往上进入电网层级体系，类似仪器的作用将变得明晰起来：对所有主要变电站和输电线路进行监控。接下来我们将讨论计算上述各量的各种系统性方法。

独立的模数转换器、DSP

能给设计工程师带来最大灵活性的方法是采用连接至DSP的模数转换器(见图1)。DSP可以是适用于计算上述量的任何处理装置，因而也可能是一个微控制器(MCU)。正因如此，图1展示了一个集成MCU的DSP。当然，模数转换器的数量与系统中需要测量的电流和电压数成正比。


图1. 独立的模数转换器和DSP/MCU。

三相系统可能需要测量三相电压、三相电流和一个中性电流。单相系统可需要测量一相电压和一相电流。这是最灵活的系统，因为模数转换器和DSP/MCU可以分开选择，以便根据具体应用选择精度合适的模数转换器和特性正确的DSP。不足之处在于，开发人员必须花费大量时间实现计量程序，这并不简单。