CN108196217A - 一种用于非车载充电机现校仪的直流计量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于非车载充电机现校仪的直流计量方法及系统，所述方法包括对充电机直流电流以及直流电压进行采样测量；运用特定方法优化采样数据，使采样误差减小；所述采样数据包括电压采样值以及电流采样值；通过电压采样值对瞬时功率进行采样周期整数倍时延补偿；通过电流采样值对瞬时功率进行插值算法补偿；通过补偿后的瞬时功率获得任意时刻的累积电能；所述系统包括采样测量单元、采样处理单元、瞬时功率补偿单元及累积电能计算单元；采样测量单元用于采样测量采样数据；采样处理单元用于对采样数据进行优化；瞬时功率补偿单元用于通过电压采样值对瞬时功率进行采样周期整数倍时延补偿，通过电流采样值对瞬时功率进行插值算法补偿。

Description

一种用于非车载充电机现校仪的直流计量方法及系统

技术领域

本发明涉及电力计量领域，更具体地，涉及一种用于非车载充电机现校仪的直流计量方法及系统。

背景技术

电动汽车的推广使用，使直流电能表用于电动汽车电池充放电电量的贸易结算成为必然趋势，因此，在计量管理中迫切地需要与直流电能表的检定相配套的计量检定装置。由于非车载直流充电机在给电动汽车充电时，用于直流电能表检定装置的直流现校仪工作在电压、电流范围宽且动态变化的环境中，要求线校仪不仅有较宽的电流、电压测量范围，还要具有较高的测量准确度。为提高测量准确度，需要提高电压电流信号的同步采样率，一般来说，解决相位延时补偿算法分别从硬件和软件两方面着手：硬件补偿一般使用模拟滤波器，但是模拟滤波器的幅频特性无法做到理想，对频率变化的信号其幅值输出会有变化，只适合对频率比较稳定的信号进行相位补偿，另外模拟电路中使用的电阻、电容、电感为温度敏感器件不利于长期稳定工作；软件补偿分为时域补偿和频域补偿，频域补偿具有很高的准确度，但其只适合于频率比较稳定的场合且运算量非常大，同时会伴有一个周波的延时，对于频率不稳定的信号会造成频谱泄露，不适合直流纹波这种不稳定信号的补偿；目前的时域补偿主要使用FIR滤波器算法、插值算法和希尔伯特变换算法，其中，数字FIR滤波器具有较高的移相精度，但是和模拟滤波器一样，幅频特性不好，幅度会随着频率的变化而变化；希尔伯特变换更适合于90度移相；插值算法具有很好的线性特点，并且对频率变化不敏感，适合直流电能计量，但是插值算法也有一些弊端，一阶牛顿插值和一次拉格朗日插值的精度不高，而且常使用内插值，补偿的时延有限。

发明内容

为了解决背景技术存在的现有技术的各种相位延迟补偿方法都不能很好的解决直流电压电流信号的同步采样问题，本发明提供了一种用于非车载充电机现校仪的直流计量方法及系统；所述方法及系统对电压及电流通道进行分开补偿，通过运用插值法和整数倍时延方法的结合，补偿了插值法运用在相位延迟补偿上精度不高的问题；所述方法及系统在电动汽车充电电压、电流变化较大的范围内，仍能进行快速准确的采样、计量，提高了非车载直流充电机现场校验仪在测量直流信号的精度，所述一种用于非车载充电机现校仪的直流计量方法包括：

对充电机直流电流以及直流电压进行采样测量；

运用特定方法优化采样数据，使采样误差减小；所述采样数据包括电压采样值以及电流采样值；

通过电压采样值对瞬时功率进行采样周期整数倍时延补偿；通过电流采样值对瞬时功率进行插值算法补偿；

通过补偿后的瞬时功率获得任意时刻的累积电能；

进一步的，所述运用特定方法优化采样数据包括使用防脉冲干扰移动平均值法对采样数据进行优化，即将采样周期T均分成i个采样区间，i个采样区间的每一个采样区间内采集N个采样点；去除所述N个采样点中最大的x个点以及最小的y个点，并将剩余的采样点取平均值作为所述采样区间对应的平均采样值；所述采样周期T内的i个平均采样值作为优化后的采样数据；其中N＞x+y，所述N、x以及y均为自然数；

进一步的，对电压采样值向后挪动采样周期整数倍的时延补偿，用于补偿瞬时功率对应数值的整数部分；对电流采样值向前使用n次插值算法补偿，用于补偿瞬时功率对应数值的小数部分；

进一步的，所述插值算法使用改进型拉格朗日算法；所述补偿后的瞬时功率P(i)的计算公式为：

其中，Δi为直流电压通道和直流电流通道非同步引起的时间差的等效补偿点的数量；

进一步的，所述瞬时功率P(i)需在充电机运行后采样点N值大于max(n，fix(Δi))后开始进行补偿运算；

进一步的，所述累积电能为i个采样区间瞬时功率的累加值；

进一步的，采用基于磁调制器原理的高精度直流互感器对充电机直流电流进行采样测量；采用精密电阻分压传感器对充电池直流电压进行采样测量。

所述一种用于非车载充电机现校仪的直流计量系统包括：

采样测量单元，所述采样测量单元用于对对充电机直流电流以及直流电压进行采样测量；所处采样测量单元的输出端与采样处理单元的输入端相连；

采样处理单元，所述采样处理单元用于对采样数据进行优化，使采样误差减小；所述采样处理单元的输出端与瞬时功率补偿单元输入端相连；

瞬时功率补偿单元，所述瞬时功率补偿单元用于通过电压采样值对瞬时功率进行采样周期整数倍时延补偿，并通过电流采样值对瞬时功率进行插值算法补偿；所述瞬时功率补偿单元的输出端与累计电能计算单元的输入端相连；

累积电能计算单元，所述累积电能计算单元用于通过补偿后的瞬时功率获得任意时刻的累积电能；

进一步的，所述采样处理单元将采样周期T均分成i个采样区间，i个采样区间的每一个采样区间内包括所述采样测量单元采集的N个采样点；去除所述N个采样点中最大的x个点以及最小的y个点，并将剩余的采样点取平均值作为所述采样区间对应的平均采样值；所述采样处理单元将采样周期T内的i个平均采样值作为优化后的采样数据；其中N＞x+y，所述N、x以及y均为自然数；

进一步的，所述瞬时功率补偿单元包括电流通道补偿模块以及电压通道补偿模块；所述电压通道补偿模块对电压采样值向后挪动采样周期整数倍的时延补偿，电压通道补偿模块用于补偿瞬时功率对应数值的整数部分；所述电流通道补偿模块对电流采样值向前使用n次插值算法补偿，电流通道补偿模块用于补偿瞬时功率对应数值的小数部分；

进一步的，所述采样测量单元包括高精度直流互感器以及精密电阻分压传感器；所述高精度直流互感器基于磁调制器原理，高精度直流互感器用于对充电机直流电流进行采样测量；所述精密电阻分压传感器用于对充电池直流电压进行采样测量。

本发明的有益效果为：本发明的技术方案，给出了一种用于非车载充电机现校仪的直流计量方法及系统；所述方法及系统对电压及电流通道进行分开补偿，通过运用插值法和整数倍时延方法的结合，补偿了插值法运用在相位延迟补偿上精度不高的问题；所述方法及系统在电动汽车充电电压、电流变化较大的范围内，仍能进行快速准确的采样、计量，提高了非车载直流充电机现场校验仪在测量直流信号的精度，完善了便携式现场校验装置在现场使用中的功能，提高了对便携式现场校验装置状态评价的准确度。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明具体实施方式的一种用于非车载充电机现校仪的直流计量方法的流程图；

图2为本发明具体实施方式的一种用于非车载充电机现校仪的直流计量系统的结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为本发明具体实施方式的一种用于非车载充电机现校仪的直流计量方法的流程图；如图1所示，所述方法对电压及电流通道进行分开补偿，通过运用插值法和整数倍时延方法的结合，补偿了插值法运用在相位延迟补偿上精度不高的问题，所述一种用于非车载充电机现校仪的直流计量方法包括：

步骤110，对充电机直流电流以及直流电压进行采样测量；

进一步的，为提高采样精度，采用基于磁调制器原理的高精度直流互感器对充电机直流电流进行采样测量；采用精密电阻分压传感器对充电池直流电压进行采样测量；

步骤120，运用特定方法优化采样数据，使采样误差减小；所述采样数据包括电压采样值以及电流采样值；

进一步的，所述运用特定方法优化采样数据包括使用防脉冲干扰移动平均值法对采样数据进行优化，即将采样周期T均分成i个采样区间，i个采样区间的每一个采样区间内采集N个采样点；去除所述N个采样点中最大的x个点以及最小的y个点，并将剩余的采样点取平均值作为所述采样区间对应的平均采样值；所述采样周期T内的i个平均采样值作为优化后的采样数据；其中N＞x+y，所述N、x以及y均为自然数；

以x＝2、y＝2为例，即在采样周期T内，在第i时刻起，连续采i-N+1，i-N+2，i-N+3，……，i，共N个采样点，对这N个采样点排序，去掉其中最大和最小各2个数据，将剩余N-4采样值求平均值进而算出电流和电压值。其计算公式如下：

步骤130，通过电压采样值对瞬时功率进行采样周期整数倍时延补偿；通过电流采样值对瞬时功率进行插值算法补偿；

进一步的，对电压采样值向后挪动采样周期整数倍的时延补偿，用于补偿瞬时功率对应数值的整数部分；对电流采样值向前使用n次插值算法补偿，用于补偿瞬时功率对应数值的小数部分；

对于电压通道向后挪动采样周期整数倍的时延，整数倍移动采样信号无需插值，并且是无损的，带来的好处是时延范围大大拓展了。对于电流通道向前使用3次拉格朗日内插值，补偿非采样周期整数倍部分的时延。解决了纹波频率不稳定信号的高精度相位补偿；同时该算法也可以应用到频率稳定的相位补偿。

如式1所示，电压通道补偿整数点部分，电流通道补偿余数部分。整数部分是无损的，可扩大补偿范围，余数部分由于差值小，保证了插值的精度。也就是先把波形按照采样值将整数部分做平移，并对小数部分使用插值算法：

其中，Δi为直流电压通道和直流电流通道非同步引起的时间差的等效补偿点的数量；

当|Δi|>1时自动调整的整数部分，余数部分通过插值算法补偿，一方面可以大大提高软件插值的范围，同时进行插值补偿部分的值很小，可大幅提高插值精度；

其中，max(n，fix(Δi))为求n与fix(Δi)的最大值；fix(Δi)为对Δi向零方向取整；mod(n，Δi)为n除以Δi的余数；P(i):第i点的瞬时功率；

n为插值的点数(或阶数)，n越大则越接近于理想值，但是运行量也相应大大提高；

进一步的，所述瞬时功率P(i)需在充电机运行后采样点N值大于max(n，fix(Δi))后开始进行补偿运算；

步骤140，通过补偿后的瞬时功率获得任意时刻的累积电能；

进一步的，所述累积电能为i个采样区间瞬时功率的累加值；

以n取3为例，设:m＝mod(Δi)l＝fix(Δi)ma＝max(n,fix(Δi))则公式(1)可改写为式(2)

其中，P_i为第i采样点的累积电能；

通过matlab对式2进行仿真，可获得累计电能P_i的输出结果；

所述一种用于非车载充电机现校仪的直流计量方法在电动汽车充电电压、电流变化较大的范围内，仍能进行快速准确的采样、计量，提高了非车载直流充电机现场校验仪在测量直流信号的精度，完善了便携式现场校验装置在现场使用中的功能，提高了对便携式现场校验装置状态评价的准确度。

图2为本发明具体实施方式的一种用于非车载充电机现校仪的直流计量系统的结构图。如图2所示，所述系统包括：

采样测量单元201，所述采样测量单元201用于对对充电机直流电流以及直流电压进行采样测量；所处采样测量单元201的输出端与采样处理单元的输入端相连；

采样处理单元202，所述采样处理单元202用于对采样数据进行优化，使采样误差减小；所述采样处理单元202的输出端与瞬时功率补偿单元输入端相连；

瞬时功率补偿单元203，所述瞬时功率补偿单元203用于通过电压采样值对瞬时功率进行采样周期整数倍时延补偿，并通过电流采样值对瞬时功率进行插值算法补偿；所述瞬时功率补偿单元的输出端与累计电能计算单元的输入端相连；

累积电能计算单元204，所述累积电能计算单元204用于通过补偿后的瞬时功率获得任意时刻的累积电能；

进一步的，所述采样处理单元202将采样周期T均分成i个采样区间，i个采样区间的每一个采样区间内包括所述采样测量单元采集的N个采样点；去除所述N个采样点中最大的x个点以及最小的y个点，并将剩余的采样点取平均值作为所述采样区间对应的平均采样值；所述采样处理单元将采样周期T内的i个平均采样值作为优化后的采样数据；其中N＞x+y，所述N、x以及y均为自然数；

进一步的，所述瞬时功率补偿单元203包括电流通道补偿模块以及电压通道补偿模块；所述电压通道补偿模块对电压采样值向后挪动采样周期整数倍的时延补偿，电压通道补偿模块用于补偿瞬时功率对应数值的整数部分；所述电流通道补偿模块对电流采样值向前使用n次插值算法补偿，电流通道补偿模块用于补偿瞬时功率对应数值的小数部分；

进一步的，所述采样测量单元201包括高精度直流互感器以及精密电阻分压传感器；所述高精度直流互感器基于磁调制器原理，高精度直流互感器用于对充电机直流电流进行采样测量；所述精密电阻分压传感器用于对充电池直流电压进行采样测量。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。本说明书中涉及到的步骤编号仅用于区别各步骤，而并不用于限制各步骤之间的时间或逻辑的关系，除非文中有明确的限定，否则各个步骤之间的关系包括各种可能的情况。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本公开的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本公开的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本公开还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者系统程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本公开的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本公开进行说明而不是对本公开进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干系统的单元权利要求中，这些系统中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开精神的前提下，可以作出若干改进、修改、和变形，这些改进、修改、和变形都应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (11)

1.一种用于非车载充电机现校仪的直流计量方法，所述方法包括：

对充电机直流电流以及直流电压进行采样测量；

运用特定方法优化采样数据，使采样误差减小；所述采样数据包括电压采样值以及电流采样值；

通过电压采样值对瞬时功率进行采样周期整数倍时延补偿；通过电流采样值对瞬时功率进行插值算法补偿；

通过补偿后的瞬时功率获得任意时刻的累积电能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述运用特定方法优化采样数据包括使用防脉冲干扰移动平均值法对采样数据进行优化，即将采样周期T均分成i个采样区间，i个采样区间的每一个采样区间内采集N个采样点；去除所述N个采样点中最大的x个点以及最小的y个点，并将剩余的采样点取平均值作为所述采样区间对应的平均采样值；所述采样周期T内的i个平均采样值作为优化后的采样数据；其中N＞x+y，所述N、x以及y均为自然数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对电压采样值向后挪动采样周期整数倍的时延补偿，用于补偿瞬时功率对应数值的整数部分；对电流采样值向前使用n次插值算法补偿，用于补偿瞬时功率对应数值的小数部分。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述插值算法使用改进型拉格朗日算法；所述补偿后的瞬时功率P(i)的计算公式为：

其中，Δi为直流电压通道和直流电流通道非同步引起的时间差的等效补偿点的数量。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述瞬时功率P(i)需在充电机运行后采样点N值大于max(n，fix(Δi))后开始进行补偿运算。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述累积电能为i个采样区间瞬时功率的累加值。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采用基于磁调制器原理的高精度直流互感器对充电机直流电流进行采样测量；采用精密电阻分压传感器对充电池直流电压进行采样测量。

8.一种用于非车载充电机现校仪的直流计量系统，所述系统包括：

采样测量单元，所述采样测量单元用于对对充电机直流电流以及直流电压进行采样测量；所处采样测量单元的输出端与采样处理单元的输入端相连；

采样处理单元，所述采样处理单元用于对采样数据进行优化，使采样误差减小；所述采样处理单元的输出端与瞬时功率补偿单元输入端相连；

瞬时功率补偿单元，所述瞬时功率补偿单元用于通过电压采样值对瞬时功率进行采样周期整数倍时延补偿，并通过电流采样值对瞬时功率进行插值算法补偿；所述瞬时功率补偿单元的输出端与累计电能计算单元的输入端相连；

累积电能计算单元，所述累积电能计算单元用于通过补偿后的瞬时功率获得任意时刻的累积电能。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述采样处理单元将采样周期T均分成i个采样区间，i个采样区间的每一个采样区间内包括所述采样测量单元采集的N个采样点；去除所述N个采样点中最大的x个点以及最小的y个点，并将剩余的采样点取平均值作为所述采样区间对应的平均采样值；所述采样处理单元将采样周期T内的i个平均采样值作为优化后的采样数据；其中N＞x+y，所述N、x以及y均为自然数。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述瞬时功率补偿单元包括电流通道补偿模块以及电压通道补偿模块；所述电压通道补偿模块对电压采样值向后挪动采样周期整数倍的时延补偿，电压通道补偿模块用于补偿瞬时功率对应数值的整数部分；所述电流通道补偿模块对电流采样值向前使用n次插值算法补偿，电流通道补偿模块用于补偿瞬时功率对应数值的小数部分。

11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述采样测量单元包括高精度直流互感器以及精密电阻分压传感器；所述高精度直流互感器基于磁调制器原理，高精度直流互感器用于对充电机直流电流进行采样测量；所述精密电阻分压传感器用于对充电池直流电压进行采样测量。