CN103460059A

CN103460059A - 一种功率测量装置

Info

Publication number: CN103460059A
Application number: CN2012800084523A
Authority: CN
Inventors: 唐纳德·杰弗里·迪翁
Original assignee: Smart Energy Instruments Inc
Current assignee: Smart Energy Instruments Inc
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2032-01-26
Also published as: JP2014511152A; CA2863993A1; US20150355248A1; US20120200284A1; CN103460059B; WO2012106816A1; US9157940B2; JP6068363B2; EP2673649A1; EP2673649A4

Abstract

一种用于采样动力系统中电流或电压信号来产生一比特Δ-∑比特流的功率测量设备。功率测量设备包括用于决定动力系统频率的频率锁定环，所述动力系统频率直接来自比特Δ-∑比特流。频率锁定环包括一比特旋转的CORDIC，所述旋转的CORDIC被配置为产生具有一不同的信号，所述信号对于1比特Δ-∑比特流的每个比特具有一多比特字，和相位误差的计算器，所述相位误差计算器决定在动力系统频率相位和由在频率寄存器中频率测量值生成的相位跃变之间的差异。相位错误计算器反馈相位校正信号给频率寄存器来锁定频率测量值到动力系统频率。

Description

一种功率测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种电力系统的测量和监控，尤其涉及一种同步相量测量和瞬态捕捉以及报告的设备。

背景技术

目前提高电力系统的监控和事件报告的努力集中于从网络上一些分散的站点检测和关联数据。为了实现同步的读数，本地数据抽样通常是关于与绝对时间参考同步的时基，如能能够通过全球定位系统（GPS）得到。测量设备的样品的电流和电压值并可以对数据进行分析，如谐波分析。典型的采样率范围对于高分辨率的测量是从1到12千赫，或对于高速低分辨率的瞬态信号检测是500倍所述频率（例如到6 MS / s）的。一个典型的电力系统测量装置采用带有不同采样率的独立的电路来实现高分辨率的测量和高速瞬态捕捉。两个电路的使用引入将数据结合到到一个单一的有用数据流的复杂性。两个电路之间的增益和孔径匹配是不能实现完美的。典型的电力系统测量装置的低通滤波器的采样数据用来去除噪声和其他人工制品。准确的来说，速度和低成本是在开发一个功率测量装置的所追求的属性。

发明内容

从一个方面来讲，本发明公开了用于锁定一系统频率的频率锁定环，所述系统频率是关于Δ-∑调制器采样的信号，其中Δ-∑调制器输出的一比特Δ-∑比特流。频率锁定环包括接收相位斜坡信号一比特旋转的CORDIC和一比特Δ-∑信号和输出的差分信号的同相和正交相位差信号，每个具有的一比特Δ-∑信号的每一位多字位差信号，相位斜坡信号源自的频率锁定环维持的频率值。

从另一方面来讲，本发明描述了一种功率测量装置。该装置包括一个装配有在电力系统中取样一电压或电流和输出一比特Δ-∑比特流的Δ-∑调制器，所述电压或电流具有系统频率；一频率锁定环路，所述频率锁定环路配置为接收一比特Δ-∑比特流并且输出锁定于系统频率的频率值；和配置有接收一比特Δ-∑比特流的瞬态捕捉模块，滤波器从一比特Δ-∑比特流选择光谱来获得瞬态数据。

从更深的方面来讲，本发明公开了一种功率测量装置包括一个配有在电力系统中取样一电压或电流和输出一比特Δ-∑比特流、带有系统频率的电压或电流的Δ-∑调制器；和频率锁定环。频率锁定环包括一比特旋转的CORDIC，所述旋转的CORDIC接收一相位斜坡信号和1比特Δ-∑信号，并输出一同步差分信号和正交差分信号、每个具有的一比特Δ-∑信号的每一位多字位差信号、相位误差的计算器，所述计算器配置为接收差分信号和用来输出一相位错误信号，所述相位错误信号是基于在相位斜坡信号的相位和系统频率的相位之间的差异，所述系统频率被包含在1一比特Δ-∑信号中、一含有频率值的频率寄存器、一个配置产生相位斜坡信号的相位累加器，所述相位斜坡信号具有一由频率值决定的周期性。频率锁定环被配置为基于相位误差信号的调节频率值，从而锁定频率值为系统频率。

更进一步地说，本方法应用描述了测量动力系统的特性、具有一系统频率和一或多种相位的动力系统的方法。该方法包括采样动力系统的电压或电流产生一个一比特Δ-∑比特流；从一比特Δ-∑比特流中产生同相和正交信号的差异，所述一比特Δ-∑比特流使用一比特旋转CORDIC接收相位斜坡信号；其中相位斜坡信号是基于一个频率值；通过产生一相位错误信号，锁定频率值到系统的频率，所述相位错误信号是基于相位斜坡信号的相位和系统频率的相位之间的差异，所述系统频率被包含在1一比特Δ-∑信号中，其中差异是从差分信号中取得。

本申请的其它方面和特点将从阅读以下实施例及其附图的描述中被那些本领域普通技术人员所理解。

附图说明

现通过举例的方式参考附图，所述附图显示了本申请的典型实施例，并且其中：

图1为一个功率测量装置的简化框图；

图2为图1的功率测量装置中信号处理器的简化示意框图；

图3为Δ∑调制后动力信号的频谱的一个简化示意图；

图4为一个示例信号处理器更详细的框图；

图5为一个比特的FLL / PLL的基于CORDIC的简化框图；

图6为图表似地描述1比特旋转CORDIC的示例实施例。

类似的参考数字可能被用于在不同图中来指代相同的组分。

具体实施方式

在说明书中以下的一些简化的描述是为了便于说明。例如，本领域技术人员会明白，在许多情况下功率测量设备可以被配置为测量电压和电流的三相，而在本文描述的实施例的电压和/或电流单向是为了简化描述。。

首先参考图1，其显示了一个功率测量装置10的简化框图。该装置10包括一个一比特Δ-∑调制器（DS）12，所述调制器用于测量电量（在一个相位的电压或电流）和生产的一比特信号或比特流14。DS调制器12的计时，因此输出比特流的比特率的14，范围从10千赫到6 MS / s的，根据在实施例中要求的不同的分辨率和频率响应。这将被理解为传统的DS转换器在输出时采用一个低通滤波器来去除Δ-∑调制的高频量化噪声分量。该装置10不采用这种的低通滤波，但是，相反，如下文所讨论和进一步描述地保留了高频部分。如上所述，为简单起见，一个单一的DS调制器12被描述在图1中。实际的实施例可能有两个或两个以上的DS调制器用于测量在一个或多个相位的电流和电压信号。在三相三线系统的情况下，六个DS调制器可以用以衡量在所有三个相位的电流和电压。同样的，在一个三相四线系统的情况下，八个DS调制器可以用以衡量在所有三个阶段和中性的电压和电流。

该装置10还包括一个接收外部时间源信号的时间同步子系统16。外部时间源信号提供了绝对时间基准，可以通过其他外部信号，例如，GPS或IRIG-B信号，也可以作为在一些实施例中提到的绝对时间。时间同步子系统16提供了一种时钟校正信号或误差信号18。

该装置10包括一个信号处理器20。信号处理器20接收比特流14和进行信号的分析和测量，所述信号的分析和测量在下面被更详细的描述。尤其是，该信号处理器20被用于在一比特DS的输出比特流14上直接操作。信号处理器20接收用于精确校对本机振荡器（没有描绘）的时钟校对信号18。时间同步子系统16以时钟校对信号18的形式提供一校对因子，而不是锁定本机振荡器到外部绝对时间的参考信号，例如GPS。其在一个实施例中，可以提供高达每百万校正因子中的100。信号处理器20可以将时钟校对信号18中的校对因子整合进一用于测量比特流14信号的频率和相位的频率/相位锁定环，从而产生精确的同步相量测量（同步相量）。在其它实施例中，本机振荡器可更直接地被使用。

信号处理器20产生的电力系统基本的高精度同步相量测量。它也可以选择性地探测和测量谐波相量（功率选择的内容），执行瞬态检测，并进行残余波形采集。该装置10可以包括用于存储测量数据的存储器或缓存22。它还包括一个用于与远程位置30通信的通信子系统24。通信子系统24可以实现各种通信协议和物理层的连接。在一个实施例中，可以实现以太网（10／100或千兆，例如），GSM，802.11 WiFi，USB，等。在一些实施例中，通信子系统24可以在两个或两个以上的通信协议下操作。

图1没有描述用于发送功率测量或分析到远程位置30的数据形式，所述发送是通过通信子系统24。压缩和编码的数据可以由信号处理器实现通信子系统20，24，或两者。在一些实施例中，数据可以是一个合适的无损编码方案编码的熵，如可变长度编码（VLC），如Huffman编码或算术编码。

信号处理器20可以用多种方式实施。在一些实施例中，信号处理器20可以使用一些现场可编程门阵列（FPGA）。在一些实施例中，他可以使用一合适程序的通用微控器或微处理器。然而在一些其它实施例中，他可以使用一些数据信号处理器。而且在一些实施例中，它可以使用专用集成电路（ASIC）。在一些实施例中，前述的可以用离散模拟和/或数据组分来增补，所述离散模拟和/或数据组分用于实施信号处理器20的一些操作或方面。借助于以下的描述，所有可能性的范围对那些本领域普通技术人员是显而易见的。

在图1中所示的简化图被理解为省略了一些组件或元件，所述组件或元件被包含在设备10中，例如调试电路，用于内部计时的本机振荡器电路、绝缘硬件、动力源电路等。

现在参考图2，其显示了一信号处理器20的简化示意框图。1比特DS比特流14被输入到信号处理器20。信号处理器20也接收时间校正信号18（图1）和一本地计时信号（没有显示）。

信号处理器20包括一比特双频率锁定环（FLL）和相位锁定环（PLL）32结构。1比特FLL/PLL32输出相量数据，例如一频率信号49和一相位信号48。应当被理解的是，在多相系统的情况下，可能会有多种相位信号48。也应当被理解的是，在一些实施例中，不只一个频率信号49被输出，例如从电压变量器信号中测得一信号，和从电流变换器信号测得一信号。也应当注意的是，在一些实施例中所述具有大于1FLL的频率信号更具有优势。例如，如果测量设备10（图1）被配置成作为同步核对设备使用，所述同步核对设备用来确认一新的动力生成源是在连接到系统前处于正确的相位。

信号处理器20进一步包含1bitRMS计算器34。RMS计算器34计算输入DS比特流的均方根值，从而产生一RMS信号42.

信号处理器20也包括一瞬态捕捉和一相位跃变探测组件36。瞬态捕捉和相位跃变探测组件36被配置成探测在比特流14中可能的瞬变。在一些实施例中，瞬态捕捉和相位跃变探测组件36可能输出一残留数据信号44。在这点上，瞬态捕捉和相位跃变探测组件36可能通过光谱旋转从信号中移除“重要”或“基本”成份，留下残留成份。残留数据信号44包含这些成份。在一些实施例中，瞬态捕捉和相位跃变探测组件36可能输出一瞬态探测信号46。瞬态捕捉和相位跃变探测组件36可能通过分析残留数据生成瞬态探测信号46，例如使用谱功率分析或其它用于在噪声信号中探测大量级变化或波动的机械，并输出瞬态探测信号46来相应探测在残留数据中可能的瞬变事件。

现参考图3，其显示一在DS调制后动力信号光谱的简化示意图90，例如，一1比特DS比特流14的光谱。图90显示动力系统基本频率被发现在60Hz，并且，因为DS调制器推动量化噪声到更高的频率，更少的信噪比可供使用和在系统中更多的噪声在更高的频率中被遇到。在传统的功率测量中，低通滤波可以被用于在相量计算和分析之前移除噪音组分，然而，瞬态数据和其它感兴趣的人工制品可以在高频率噪音中被发现。相应地，对应于本申请的一方面，相量计算和分析在没有低通滤波比特流14下被直接在1比特比特流14上执行。

现参考图4，其显示一信号处理器20一个实施例的更详细框图。在这个实施例中信号处理20包括一转换处理器50，例如一离散小波变换器（DWT）或一离散傅里叶变换器（DFT），其产生一在比特流14中代表光谱组份的变换域信号52。转换处理器50可能也配置为产生一信号频率56，所述信号频率代表动力信号系统信号的探测基本频率。这个信号频率56可能被输入1比特FLL/PLL32来产生FLL/PLL中的信号频率值。换过来说，1比特FLL/PLL32可能提供一频率校正信号57，其中，转换处理器50可用于集中转换操作中箱以便调整转换到准确的信号频率。在一些情况下，频率校正信号57可以是由FLL测量地实际频率信号。

一光谱选择器54可被配置为接收转换域信号52和选择特别地组份，那些在动力系统基本频率上的和，在一些情况下，基本频率的谐波。光谱选择器54可能具有一模型或识别“重要”组份的算法，所述识别“重要”组份用于从转换域信号中选择。在一些情况下，它可以是一预先定义的模型。在一些情况下，它可以是适合于并响应于组份量级的变化。光谱选择器54可以输出一些选择的组份作为一基本光谱组份信号58。光谱选择器54可替代地或同时输出一谐波信号60。谐波信号60可以包括用于谐波组份的光谱数据，但是不一定是基本动力系统的频率组份。

作为基本光谱组份信号58的选择组份的输出随后通过反向转换处理器62传递。反向转换处理器62转换所选地组份回到一含有所选组份的时间域信号64。包含一所选组份的时间域信号64随后从1比特DS比特流中被减去。在图4所示的实施例中，减法可能作为1比特减法器被实施，所述1比特减法器用于减去1比特信号。在一些情况下，时间域信号64可以从一多比特字信号转化成为用于减法的1比特信号。然而在其它实施例中，输入DS比特流14可以被转化成为一多比特字信号并且减法可以作为一多比特字减法器使用。

在另一实施例中，减法可以作为从转换域信号52减去基本光谱组份信号来使用。所产生的信号，其是一转换域瞬态信号，通过反向转换处理器62反向转换，并且和所述处理器的输出是残余信号44。这个实施例消除了时间域操纵。这个实施例的成功实施部分取决于所用的DWT/IDWT对。

减法的结果是从比特流14中去除所选的组分，留下残余信号44。残余信号44包含一高频率噪音组份和其它来自比特流的人工产品，包括任何瞬变或其它特征。一动力探测器66可能被用于认定在残余信号44中是否存在任何瞬变。动力探测器66可能试图认定在光谱中简短但是重要的动力中的变化。在一些例子中，动力探测器66可能从转换处理器52（没有显示）收到数据。动力探测器66可以输出瞬态探测信号46。在一些实施例中，瞬态探测信号可以触发捕捉和报告在残余信号44中的残余数据。另外，残余信号44可以被丢弃或暂时被贮存用于后来的分析，如果需要的话。

1比特FLL/PLL32可以提供相位信息74给相位跃变探测器70。相位跃变探测器70也接收1比特比特流14并且产生一相位跃变探测信号72，所述产生一相位跃变探测信号72是在一定时期内曾经有一相位跃变大于预先定义的起始值的情况下。一相位跃变探测信号72也可以被输入到1比特FLL/PLL32来允许1比特FLL/PLL32作出调整避免相位跃变错误，例如调整FLL/PLL32滤波器常量。在一实施例中，滤波器常量可以被调整从而快速达到锁定或重新锁定，并能够随后通过扣紧曾经锁定的环路宽带调整为减少相位噪音（相位测量准确性）。在一典型实施例中（没有显示），相位跃变探测器70包含一转换操作器，例如一离散希伯特转换器，其适用于1比特DS比特流14，和一用于比较相位信息的比较仪，所述比较仪比较来自1比特FLL/PLL32的相位信息和来自转换操作器的1比特比特流14的相位数据。

如上述提到的，相量数据，例如频率信号49和相位信号48，通过使用在未过滤1比特DS粒子流14上操作的1比特FLL/PLL32来获得。1比特DS比特流14典型地在一高采样频率被计时。在一实施例中，采样频率大约是6兆比特。为了获得准确的相量数据，1比特FLL/PLL32使用高速单比特位运算来实施。在一典型实施例中，1比特FLL/PLL32使用一直接数字频率合成器（DDS）（没有显示）来实施。CORDIC运算在那些要求少量的门和简单运算操作中是有优势的。

需要重提的是CORDIC在计算角度的正弦和余弦中是有用的。尤其是，CORDIC技术可以被用于了解公式：

x_m = K[x₀cos(zo) - josin(zo)] （1）

y_m = K[jocos(zo) + xosin(zo)] （2）

如果jo被设置成为零（其意味xo定义x轴的矢量，如以下所解释的），于是等式变为：

x_m = Kxocos(zo) （3）

= Kxosin(zo) （4）

上述的公式，xo和yo是输入信号的笛卡尔坐标或矢量，zo是标记为±1的角度，所述角度取决于旋转方向，以及k是常量。所述公式的效果是在坐标xo、yo输入矢量r₀的旋转（和通过K缩放），通过角度zo到新的坐标x_m、y_m。CORDIC的实施是矢量的重复旋转，所述旋转是通过逐渐变小的角度直到zo达到所要求的精度，其意味着Zm的绝对值小于角度中所要求的精度。CORDIC的一个优点是如果旋转角度Zt被限制如此以致tan（z*）= ±2^!，然后能够使用转换和增加操作产生旋转。注意m代表级数或重复数。

现参考图5，其显示了一基于CORDIC的1比特FLL/PLL32实施例的简化框图。输入信号之一作为一参考信号Xr（t），并且其它信号（七个其它信号，在三个相位四线系统中）被指定为相位信号Xp（t）。一基本频率测量关于参考信号Xr（t）被制作，然而相位偏移可以被确定为相位信号Xp（t）。为了方便描述，在图5中只有一相位信号Xp(t)被显示。

DS调制器12转化输入信号到1比特DS比特流14中。对于参考信号Xr（t）的1比特DS比特流被输入到一旋转CORDIC10中。旋转CORDIC102收到一输入角zo，在这个例子中是一由相位累加器104产生的斜坡函数。旋转CORDIC102对于每个输入比特xo输出一同步数码字Xm，其中Xm是一精确度大约为2比特的多比特字。1比特旋转CORDIC102的典型实施例的进一步地细节将在以下提供。

1比特旋转CORDIC102的输出是以下两种信号：

x_m = Kxocos(zo) （5）

= Kxosin(zo) （6）

在这种情况下，xo是1比特DS比特流，其是一代表动力系统信号（忽略用于解释运算目的的任何谐波和噪声）DS比特流。

也应该注意的是，由1比特FLL/PLL32的相位累加器产生的相位斜坡是由一频率寄存器驱动106的，所述频率寄存器包含测量的动力系统的基本频率（这可能最初被加到60.0赫兹，但是随后锁定在实际频率）。换句话说，角度zo是基于在xo中发现的动力系统频率。

相应地，旋转CORDIC102的输出是信号：

x_m = Kcos(zo) * asin(ft + φ) (7)

y_m = Ksin(zo) * asin(coi + φ) (8)

应当被理解的是这种混合导致在zo - (cot + φ)的不同信号的半振幅和在zo + (cot + φ) 的辅助信号的半振幅。当zo接近cot，不同信号本质上是一对DC信号，然而辅助信号是一AC信号。相应地，既然我们对不同的信号感兴趣，Xm和Ym穿过低通滤波器108、110，并且滤过的不同信号被放入一矢量CORDIC112。

矢量CORDIC112类似于旋转CORDIC102，但是不是旋转由坐标定义的输入矢量到一新设定的坐标，矢量CORDIC112旋转输入矢量到x轴并且输出所述旋转能够发生所要求的角度。来自矢量CORDIC112的角度输出Zm通过下面公式给出：

为了使输入信号清楚，其被标以xo'和yo'。输入zo是一任意常熟角度，在一个实施例中其被设置为0。在另一实施例中，它可以被设置成π/4，例如如果在反正切中比例被期望锁定一致。

需要重提的是到矢量CORDIC112的低通过滤输入信号是输入信号到参照振荡器的(x,y)DC射入。输入信号和参考振荡器是本质上正弦曲线的。相应地，相位偏移xo'和yo，可被考虑为分别地类似余弦函数和正弦函数。等式（9）的结果可以变为：

Zm = zo + zo - (cot + φ) (10)

换句话说，CORDIC112的矢量输出是一相位错误信号114。相位错误信号被输入到一频率寄存器106来调整包含在其中的基本频率并锁定到动力系统频率。

如先前所提到的，频率寄存器106通过一额外环输入基本频率到相位累加器104，从而形成一数字控制的振荡器，所述数字控制振荡器产生相位斜坡来提供zo-A时间校对信号116，所述时间校对信号可能被加入数字控制振荡器来校对在本地振荡器中的错误。时间校对信号116可以来自外部计时源，例如GPS或一IRIG-B信号。计时校对信号116可以被加入到相位累加器104的输入中，如，阶跃输入到累加器104，或可以直接输入到频率寄存器106。然而在另一实施例中，计时校正信号116加上1（联合体）可以乘以频率寄存器106的输出，在它被用来作为阶跃输入到累加器104之前。

应当理解的是这部分1比特FLL/PLL32提供一频率锁定到动力系统的基本频率上，一旦锁定其可在频率寄存器106中找到。旋转CORDIC102在1比特输入信号中操作产生大约2m的输出字，所述输出字是相对于输入信号J₀的每个比特。在两个典型实施例中，m阶段旋转CORDIC102可以通过m次数采样频率/s计时CORDIC来实施，或者通过展开CORDIC和在采样频率时计时，但是其接受1兆比特延迟。后面的实施例在下面更详细的显示，但是本申请不限于一展开的结构。

仍参考图5，相位信号Xp(t)被输入到一类似电路中。尤其是，相位信号Xp(t)作为1比特输入信号xo到一旋转CORDIC122。旋转CORDIC122从相位累加器104接收相同斜坡函数zo，但是相位由来自相位偏移寄存器128的值调整。旋转CORDIC122的输出是通过LPFs125和124低通过滤，并且过滤的不同信号被输入到一矢量CORDIC126。矢量CORDIC126提供相位偏移校正信号130。相位偏移校正信号被输入到相位偏移寄存器128，其在相位信号Xp(t) 和参考信号Xr(t)含有相位差。

从本申请的表述中应当理解的是矢量CORDICs112、126不需要同旋转CORDICs102、122相同的速度操作。实际上，在一些典型实施例中，用于实施矢量CORDICs112、126的硬件可能在输入信号中分享，其意味着CORDICs112、126只需要一个硬件。在其它实施例中可能需要额外的硬件，取决于硬件计时的速度和采样频率。

在一实施例中，矢量CORDICs112、126可能被可替代的电路代替用于决定相量差，所述相量差是基于输入差信号。例如，在一可替代实施例中，矢量CORDIC112可能用一离散分段线性反正切值代替。本申请不仅限于矢量CORDIC该种功能的用途。然而，应该理解的是通过使用矢量CORDIC112的离散消除在一些实施例中是有优势的。

现参考图6，其描述了1比特旋转CORDIC200的典型实施例。在这个例子中，只有X边的CORDIC200是为了清楚描述的。如上所述，旋转CORDIC200有一个m阶段，并导致一对于每个输入字大约2兆比特精度的输出字。这使得使用未过滤1比特DS信号的精确的频率和相位锁定以及测量成为可能。如以下所示，在一实施例中，实施可以在使用切换和添加的操作的硬件中实现。

对于CORDIC200的输入是来自1比特DS信号14（图5）的1比特，其显示为XO。Xi的值取决于yo和zo-。尤其是，任意x的值，由以下提供：

其中

如果zt＜0和+1否则

每个¾按以下被计算：

z_i+i = zt - di - (12)

对于术语-Ji-tan"1(2"!)使用查阅表，为了实现这些值剩余的操作是添加和切换。另外，由于在第一阶段输入是单比特，处理是硬件生效的，因为一精确的长度随着阶段增长，其意味着一完全地输出字在计算的每个阶段需要被开展。

在图6中显示的旋转CORDIC的实施是一展开的CORDIC。Xo值在某种程度上可以理论上被认为是一符号位。类似于值0（其被设为0），可能被认为一标记零。

旋转CORDIC200因而使用简单的二进制添加和切换操作。每个m阶段的CORDIC200包含来自预先设定值的CORDIC平行边的比特切换值，以及从x添加或抽出它；该阶段的值取决于¾是否在零以下或不是。在一平行操作中，¾的值在每阶段的值取决于先前的值和术语-Ji-tan"1(2"!)查阅表中的值。查阅表中的值在每个阶段被固定，并且在需要的时候可以被连通电路。

应当理解的是在CORDIC200中涉及的操作时相对简单的使用二进制添加和切换操作实施。在一实施例中，CORDIC200使用现场可编程门阵列实施。在一类似的实施例中，旋转CORDIC200可能只实施使用在整个x和y计算的m阶段增加m²-m+2，来产生一精度大约2兆比特的输出字。

也应当理解的是上述描述的1比特旋转CORDIC200的实施随着字长增加传递精度，而不是在每个阶段保持全字精度。相应地，既然输入在第一阶段是单字比特，CORDIC在那个阶段只需要维持一单比特精度。

应当理解的是，前述提及的功率测量设备可以部分地在硬件和部分地在软件实施。在一些实施例中，实施可能包含一或几个现场可编程门阵列（FPGA）。在一些实施例中，实施可能包含一或多个微处理器或微控制器。在一些实施例中，实施可能包括一或多个特殊用途的整合电路（ASIC）。特殊硬件组分的旋转可能是基于成本、速度、操作环境等。考虑到这里所提供的详细的说明，选择和编程类似组件是在本领域技术人员能够理解的范围之内。

然而在更深的层面，本申请公开了一计算机可读的其上储存计算机可执行指令的媒介，当由处理器执行时，设置处理器执行上述任一或多个方法。

所描述的实施例可以进行一些应用和修改。因此，上述讨论的实施例应当被认为是描述性的而不是限制性的。

Claims

1.一功率测量设备，包含：

一个装配有在电力系统中取样一电压或电流和输出一比特Δ-∑比特流的Δ-∑调制器，所述电压或电流具有系统频率；和

一频率锁定环路，包含，

一比特旋转的CORDIC，所述旋转的CORDIC接收相位斜坡信号和一比特Δ-∑信号和输出的差分信号的同相和正交相位差信号、每个具有的一比特Δ-∑信号的每一位多字位差信号、相位误差的计算器，所述计算器配置为接收差分信号和用来输出一相位错误信号，所述相位错误信号是基于在相位斜坡信号的相位和系统频率的相位之间的差异，所述系统频率被包含在1一比特Δ-∑信号中，

一含有频率值的频率寄存器，

一个配置产生相位斜坡信号的相位累加器，所述相位斜坡信号具有一由频率值决定的周期性，

其特征在于，频率锁定环被配置为基于相位误差信号的调节频率值，从而锁定频率值朝向系统频率。

2.根据权利要求1所述的功率测量设备，其特征在于，1比特旋转CORDIC在没有任何低通过滤下收到来自Δ-∑调制器的1比特Δ-∑信号。

3.根据权利要求1或2所述的功率测量设备，其特征在于，频率锁定环包含用于过滤1比特旋转CORDIC输出的低通过滤器，从而产生不同信号。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的功率测量设备，其特征在于，进一步包含一或多个用于测量动力系统在一或多个相位中电压和电流的额外的Δ-∑调制器，每个额外Δ-∑调制器产生一额外比特Δ-∑信号，并且进一步包含一用于每个额外1比特Δ-∑信号的相位锁定环，每个相位锁定环包括一用于接收额外1比特Δ-∑信号和产生同步和正交差位信号的1比特旋转CORDIC。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的功率测量设备，其特征在于，相位误差计算器包含一矢量CORDIC。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的功率测量设备，其特征在于，1比特旋转CORDIC包含一m阶段CODIC和多比特字，所述多比特字是对于1比特Δ-∑信号的每个输入比特大约是2m±\比特。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的功率测量设备，其特征在于，进一步包含通信子系统，所述通信子系统配置为在频率寄存器中读取频率值并将频率值传送给与一时间标示相连的远程位置。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的功率测量设备，其特征在于，进一步包含一瞬态捕捉和相位跃变探测组件。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的功率测量设备，其特征在于，进一步包含一用于决定一RMS值的RMS计算器，所述RMS值是对于基于1比特Δ-∑信号的电压或电流。

10.一种测量动力系统的特性的方法，动力系统具有一系统频率和一或多个相位，方法包含：

采样动力系统的电压或电流产生一个一比特Δ-∑比特流；

从一比特Δ-∑比特流中产生同相和正交信号的差异，所述一比特Δ-∑比特流使用一比特旋转CORDIC接收相位斜坡信号，其中相位斜坡信号是基于一个频率值；

通过产生一相位错误信号，锁定频率值到系统的频率，所述相位错误信号是基于相位斜坡信号的相位和系统频率的相位之间的差异，所述系统频率被包含在1一比特Δ-∑信号中，

其中差异是从差分信号中取得。

11.一功率测量装置，包含：

一个装配有在电力系统中取样一电压或电流和输出一比特Δ-∑比特流的Δ-∑调制器，所述电压或电流具有系统频率；

一频率锁定环路，所述频率锁定环路配置为接收一比特Δ-∑比特流并且输出锁定于系统频率的频率值；

和配置有接收一比特Δ-∑比特流的瞬态捕捉模块，滤波器从一比特Δ-∑比特流选择光谱来获得瞬态数据。

12.根据权利要求11所述的功率测量设备，其特征在于，频率锁定环被配置为接收未过滤的1比特Δ-∑比特流。

13.根据权利要求11或12所述的功率测量设备，其特征在于，频率锁定环包含一比特旋转CORDIC，所述旋转CORDIC接收一相位斜坡信号和1比特Δ-∑信号，并输出一同步差分信号和正交差分信号，每个差分信号对于1比特Δ-∑信号的每个比特具有一多比特字，相位斜坡信号来源于由频率锁定环维持的频率值。

14.根据权利要求13所述的功率测量设备，其特征在于，频率锁定环包括一用于过滤1比特旋转CORDIC的低通过滤器，从而产生不同信号。

15.根据权利要求13或14所述的功率测量设备，其特征在于，频率锁定环进一步包含一相位误差的计算器，所述计算器配置为接收差分信号和用来输出一相位错误信号，所述相位错误信号是基于在相位斜坡信号的相位和系统频率的相位之间的差异，所述系统频率被包含在1一比特Δ-∑信号中、一含有频率值的频率寄存器、一个配置产生相位斜坡信号的相位累加器，所述相位斜坡信号具有一由频率值决定的周期性；

频率锁定环被配置为基于相位误差信号的调节频率值，从而锁定频率值为系统频率。

16.根据权利要求11-15任意一项所述的功率测量设备，其特征在于，进一步包含额外的一个或多个Δ-∑调制器，所述调制器用于测量在动力系统中一或多个相位中的电流和电压，每个额外Δ-∑调制器产生一额外比特Δ-∑信号，并且进一步包含一用于每个额外1比特Δ-∑信号的相位锁定环。

17.根据权利要求16所述的功率测量设备，其特征在于，每个相位锁定环包括一用于接收额外1比特Δ-∑信号和产生同步和正交差位信号的1比特旋转CORDIC。

18.根据权利要求11-17任意一项所述的功率测量设备，其特征在于，进一步包含一通信子系统，所述通信子系统配置为在频率寄存器中读取频率值并将频率值传送给与一时间标示相连的远程位置。

19.一用于锁定到系统频率的频率锁定环，所述系统频率的信号是由一Δ-∑调制器采样，其特征在于，Δ-∑调制器输出1比特Δ-∑比特流，频率锁定环包含：

1比特旋转CORDIC，所述旋转CORDIC接收一相位斜坡信号和1比特Δ-∑信号，并输出一同步差分信号和正交差分信号，每个差分信号对于1比特Δ-∑信号的每个比特具有一多比特字，相位斜坡信号来源于由频率锁定环维持的频率值。

20.根据权利要求19所述的频率锁定环，进一步包含：

一相位误差的计算器，所述计算器配置为接收差分信号和用来输出一相位错误信号，所述相位错误信号是基于在相位斜坡信号的相位和系统频率的相位之间的差异，和

一个相位累加器，所述相位累加器配置产生相位斜坡信号，所述相位斜坡信号具有一由频率值决定的周期性，

其中，频率锁定环被配置为基于相位误差信号的调节频率值，从而锁定频率值为系统频率。