CN110647720A - 一种嵌入式平台下非平稳信号电能计量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的嵌入式平台下非平稳信号电能计量的方法，涉及电能计量领域，解决现有技术中的电网信号中非平稳信号耗电计量不精准合理的问题。该方法包括：首先对非平稳信号建立数学模型，通过数学模型表现出电流电压的直流分量，第n次电压和电流谐波分量或者间谐波的分量的幅值、角频率、相位。其次，通过频率自适应梳状滤波器可以对非平稳的电压信号和电流信号进行分解，可以得到电压信号、电流信号直流分量以及谐波和间谐波交流分量和正交分量。接着，根据以上参数得到偏置频率的自适应梳状滤波器的动态方程以及更新器法则。最后，为了能够在嵌入式系统中便于实现，对以上步骤参数进行离散化处理，进而迭代计算出谐波和间谐波功率电能计量。
Description
技术领域
本发明涉及到电能计量领域，尤其是一种嵌入式平台下非平稳信号电能计量的方法。
背景技术
现在电网信号中除了稳态的电能信号外，还出现了时变、非平稳的电能信号。由于非平稳电能信号的复杂性，使传统的电能计量方法均不能精准合理的电能计量，比如在谐波或者间谐波条件下，按经典的计量方式，用户需要支付所有的费用，其中包括电网里面的谐波费用，而有时候还会对电网产生畸变，对电网的质量有很大的影响，这对用户和电网都是不公平的，这些非稳态的电能信号给电能的准确计量带来了很大的挑战。
发明内容
本申请提供了一种嵌入式平台下非平稳信号电能计量的方法，以解决非平稳信号耗电计量不精准合理的问题。本案的技术方案有诸多技术效果，见下文。
一种嵌入式平台下非平稳信号电能计量的方法，该方法包括：
S1:对非平稳信号建立数学模型以将电网测量节点的电压分为基波电压、直流电压、谐波电压、间谐波电压和畸变形式电压的五种电压类型，或是以将电网测量节点的电流分解为与所述五种电压类型的第n次电压和电流谐波分量或者间谐波的分量的幅值、角频率、相位；
S2:通过频率自适应梳状滤波器可以对非平稳的电压信号和/或电流信号进行分解，可以得到电压信号和/或电流信号直流分量以及谐波、间谐波交流分量与正交分量的参数，并得出偏置频率的自适应梳状滤波器的动态方程；
S3:对S2步骤中的参数进行离散化处理，迭代计算出谐波和间谐波功率电能计量，以能够实现在嵌入式系统中的电能计量。
在一个优选或可选的实施方案中，S1中所述畸变形式电压能够分解为非平稳电压的直流分量、非平稳电压信号的基波分量和非平稳电压信号的畸变分量；电流信号和线性阻抗下的压降可分为非平稳电压的直流分量、非平稳电压信号的基波分量和非平稳电压信号的畸变分量。
在一个优选或可选的实施方案中，在计量中观测点的瞬时功率可以分解为直流分量产生的功率、电网重非线性负载吸收的基波功率、电压基波分量和电流畸变分量产生的功率，电压畸变分量和电流基波分量产生的功率。
在一个优选或可选的实施方案中，根据傅里叶理论分析，电力系统模型中非平稳电压信号和电流信号用多次谐波表述，有根据正弦相交理论和频域理论，且当畸变分量的频率相同时会产生功率。
在一个优选或可选的实施方案中，对于多个不同频率的非线性负载引起的非平稳信号进行正弦分解，采用多个ANF频率估计并联形成归一化的频率自适应梳状滤波器算法，能够对信号中的频率、幅值和相位的跟踪，获取基波、谐波和间谐波的频率、幅值和相位，以得出各个分量的功率。
在一个优选或可选的实施方案中，对于非平稳电压信号分析，设置多个状态变量以及对应的正交分量，在归一化自适应梳状滤波器之后添加低通滤波器，得到偏置频率的自适应梳状滤波器的动态方程和非平稳电流的偏置频率的自适应梳状滤波器的动态方程。
在一个优选或可选的实施方案中，将谐波系数分为整数或者分数，并在每个频率区间内进行自适应跟踪以达到使谐波、间谐波的频率收敛到某个特定得整数或者分数；通过增加ANF频率估计器得个数，减少类似于傅里叶变换得栅格效应，从而通过状态变量计算出各种功率。
在一个优选或可选的实施方案中，将所述动态方程进行离散化处理并设置运算参数和初值，采用欧拉方法归一化频率自适应离散电能计算方法，对参数分量迭代估计值，最后通过公式计算出有功功率和无功功率，以在嵌入式平台实现电能的计量。
本申请发的有益效果如下：
述采用基于欧拉方法的归一化频率自适应离散电能计量方法运算小、具有精度高、收敛速度快的特点，易于在嵌入式系统中运用，相比较傅里叶算法基于时间窗的特点，只需要保存最近两次釆样数据，克服了傅里叶算法运算量大的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为嵌入式平台下非平稳信号电能计量频率估算方程的结构示意图；
图2为嵌入式平台下非平稳信号电能计量电压分解的结构示意图；
图3为嵌入式平台下非平稳信号电能计量的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
本申请提供了一种嵌入式平台下非平稳信号电能计量的方法，解决了电网信号中非平稳信号耗电计量不精准合理的问题，为电力发电、输送和用户用电合理计费，公平三方经济效益等提供了有效依据，建立非平稳电流电压信号的数学模型，设定参数变化范围。
参见图1至图3所示的非平稳信号电能计量的方法，S1:对非平稳信号建立数学模型以将电网测量节点的电压分为基波电压、直流电压、谐波电压、间谐波电压和畸变形式电压的五种电压类型，或是以将电网测量节点的电流分解为与所述五种电压类型的第n次电压和电流谐波分量或者间谐波的分量的幅值、角频率、相位；
S2:通过频率自适应梳状滤波器可以对非平稳的电压信号和/或电流信号进行分解，可以得到电压信号和/或电流信号直流分量以及谐波、间谐波交流分量与正交分量的参数，并得出偏置频率的自适应梳状滤波器的动态方程；
S3:对S2步骤中的参数进行离散化处理，迭代计算出谐波和间谐波功率电能计量，以能够实现在嵌入式系统中的电能计量。
作为可选的实施方式，S1中所述畸变形式电压能够分解为非平稳电压的直流分量、非平稳电压信号的基波分量和非平稳电压信号的畸变分量；电流信号和线性阻抗下的压降可分为非平稳电压的直流分量、非平稳电压信号的基波分量和非平稳电压信号的畸变分量。
作为可选的实施方式，在计量中观测点的瞬时功率可以分解为直流分量产生的功率、电网重非线性负载吸收的基波功率、电压基波分量和电流畸变分量产生的功率，电压畸变分量和电流基波分量产生的功率。
作为可选的实施方式，根据傅里叶理论的分析，电力系统模型中非平稳电压信号和电流信号用多次谐波表述，有根据正弦相交理论和频域理论，且当畸变分量的频率相同时会产生功率。
作为可选的实施方式，对于多个不同频率的非线性负载引起的非平稳信号进行正弦分解，采用多个ANF频率估计并联形成归一化的频率自适应梳状滤波器算法，能够对信号中的频率、幅值和相位的跟踪，获取基波、谐波和间谐波的频率、幅值和相位，以得出各个分量的功率。
作为可选的实施方式，对于非平稳电压信号分析，设置多个状态变量以及对应的正交分量，在归一化自适应梳状滤波器之后添加低通滤波器，得到偏置频率的自适应梳状滤波器的动态方程和非平稳电流的偏置频率的自适应梳状滤波器的动态方程。
作为可选的实施方式，将谐波系数分为整数或者分数，并在每个频率区间内进行自适应跟踪以达到使谐波、间谐波的频率收敛到某个特定得整数或者分数；通过增加ANF频率估计器得个数，减少类似于傅里叶变换得栅格效应，从而通过状态变量计算出各种功率。
作为可选的实施方式，将所述动态方程进行离散化处理并设置运算参数和初值，采用欧拉方法归一化频率自适应离散电能计算方法，对参数分量迭代估计值，最后通过公式计算出有功功率和无功功率，以在嵌入式平台实现电能的计量。
具体为，如图3所示，首先对非平稳信号建立数学模型，通过数学模型表现出电流电压的直流分量，第n次电压和电流谐波分量或者间谐波的分量的幅值、角频率、相位。其次，通过频率自适应梳状滤波器可以对非平稳的电压信号和电流信号进行分解，可以得到电压信号、电流信号直流分量以及谐波和间谐波交流分量和正交分量。接着，根据以上参数得到偏置频率的自适应梳状滤波器的动态方程以及更新器法则。最后，为了能够在嵌入式系统中便于实现，对以上步骤参数进行离散化处理，进而迭代计算出谐波和间谐波功率电能计量，本案的技术算法通过采用基于欧拉方法的归一化频率自适应离散电能计量方法运算小、具有精度高、收敛速度快的特点，易于在嵌入式系统中运用，相比较傅里叶算法基于时间窗的特点，只需要保存最近两次釆样数据，克服了傅里叶算法运算量大的缺陷。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。
Claims (8)
1.一种嵌入式平台下非平稳信号电能计量的方法，其特征在于，该方法包括：
S1:对非平稳信号建立数学模型以将电网测量节点的电压分为基波电压、直流电压、谐波电压、间谐波电压和畸变形式电压的五种电压类型，或是以将电网测量节点的电流分解为与所述五种电压类型的第n次电压和电流谐波分量或者间谐波的分量的幅值、角频率、相位；
S2:通过频率自适应梳状滤波器可以对非平稳的电压信号和/或电流信号进行分解，可以得到电压信号和/或电流信号直流分量以及谐波、间谐波交流分量与正交分量的参数，并得出偏置频率的自适应梳状滤波器的动态方程；
S3:对S2步骤中的参数进行离散化处理，迭代计算出谐波和间谐波功率电能计量，以能够实现在嵌入式系统中的电能计量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
S1中所述畸变形式电压能够分解为非平稳电压的直流分量、非平稳电压信号的基波分量和非平稳电压信号的畸变分量；电流信号和线性阻抗下的压降可分为非平稳电压的直流分量、非平稳电压信号的基波分量和非平稳电压信号的畸变分量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在计量中观测点的瞬时功率可以分解为直流分量产生的功率、电网重非线性负载吸收的基波功率、电压基波分量和电流畸变分量产生的功率，电压畸变分量和电流基波分量产生的功率。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，根据傅里叶理论的分析，电力系统模型中非平稳电压信号和电流信号用多次谐波表述，有根据正弦相交理论和频域理论，且当畸变分量的频率相同时会产生功率。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对于多个不同频率的非线性负载引起的非平稳信号进行正弦分解，采用多个ANF频率估计并联形成归一化的频率自适应梳状滤波器算法，能够对信号中的频率、幅值和相位的跟踪，获取基波、谐波和间谐波的频率、幅值和相位，以得出各个分量的功率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对于非平稳电压信号分析，设置多个状态变量以及对应的正交分量，在归一化自适应梳状滤波器之后添加低通滤波器，得到偏置频率的自适应梳状滤波器的动态方程和非平稳电流的偏置频率的自适应梳状滤波器的动态方程。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将谐波系数分为整数或者分数，并在每个频率区间内进行自适应跟踪以达到使谐波、间谐波的频率收敛到某个特定得整数或者分数；通过增加ANF频率估计器得个数，减少类似于傅里叶变换得栅格效应，从而通过状态变量计算出各种功率。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将所述动态方程进行离散化处理并设置运算参数和初值，采用欧拉方法归一化频率自适应离散电能计算方法，对参数分量迭代估计值，最后通过公式计算出有功功率和无功功率，以在嵌入式平台实现电能的计量。
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