CN111596254B - 一种能量计量芯片的异常检测方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种能量计量芯片的异常检测方法、装置、设备及介质，该方法包括：当目标能量计量芯片在电力信号的作用下开始运行时，则将目标自检信号输入至目标能量计量芯片的待检测部件；获取待检测部件输出端的第一输出信号，并将第一输出信号输入至陷波滤波器；将陷波滤波器输出端的第二输出信号输入至信号相关器，并获取信号相关器输出端的第三输出信号；利用第三输出信号对待检测部件的运行情况进行检测，以判断目标能量计量芯片是否出现异常。显然，在该方法中，因为只利用陷波滤波器和信号相关器就可以检测出目标能量计量芯片是否出现异常，这样相比于现有技术而言，就可以显著降低在对能量计量芯片进行异常检测过程中所需要的测量成本。

Description

一种能量计量芯片的异常检测方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及计量技术领域，特别涉及一种能量计量芯片的异常检测方法、装置、设备及介质。

背景技术

能量计量芯片的主要作用是用来精确测量电能，并根据测量得到的电能来对电力用户进行公平的收费。在利用能量计量芯片对用户电量进行计量收费时，能量计量芯片中的一些电气部件由于老化或故障，可能会引起能量计量芯片的测量结果出现误差。因此，在实际应用中，通常需要定期监测能量计量芯片中一些电气部件的行为变化来判断能量计量芯片是否出现异常。

请参见图1，图1为现有技术中在对能量计量芯片进行异常检测时的示意图。在图1当中，对能量计量芯片进行异常检测时，首先需要将自检信号输入至能量计量芯片，然后，再经过监控器、信号选择器、信号去除器和DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理芯片)等对自检信号进行一系列复杂的运算来判断能量计量芯片的输出信号是否在预设范围内，如果能量计量芯片的输出信号不在预设范围内，则说明能量计量芯片出现了异常，无法对用户电量进行精确测量。显然，能量计量芯片的此种测量方式需要较高的测量成本。目前，针对这一技术问题，还没有较为有效的解决办法。

由此可见，如何降低在对能量计量芯片进行异常检测时所需要的测量成本，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能量计量芯片的异常检测方法、装置、设备及介质，以降低在对能量计量芯片进行异常检测时所需要的测量成本。其具体方案如下：

一种能量计量芯片的异常检测方法，包括：

当目标能量计量芯片在电力信号的作用下开始运行时，则将目标自检信号输入至所述目标能量计量芯片的待检测部件；

获取所述待检测部件输出端的第一输出信号，并将所述第一输出信号输入至陷波滤波器；其中，所述陷波滤波器的陷波频率为所述电力信号的基频信号频率；

将所述陷波滤波器输出端的第二输出信号输入至信号相关器，并获取所述信号相关器输出端的第三输出信号；

利用所述第三输出信号对所述待检测部件的运行情况进行检测，以判断所述目标能量计量芯片是否出现异常。

优选的，所述陷波滤波器具体为SOS结构的陷波滤波器。

优选的，所述获取所述待检测部件输出端的第一输出信号的过程之后，还包括：

利用插值重采样器对所述第一输出信号进行插值处理，以得到与所述目标能量计量芯片的时钟同步的插值信号；

将所述插值信号输入至所述陷波滤波器，并继续执行所述将所述陷波滤波器输出端的第二输出信号输入至信号相关器的步骤。

优选的，所述插值重采样器具体为Farrow结构的插值重采样器。

优选的，所述当目标能量计量芯片在电力信号的作用下开始运行时，则将目标自检信号输入至所述目标能量计量芯片的待检测部件的过程，包括：

当所述目标能量计量芯片在所述电力信号的作用下开始运行时，则将所述目标自检信号输入至所述目标能量计量芯片的待检测电压传感器或待检测电流传感器或待检测分流电阻。

优选的，所述当目标能量计量芯片在电力信号的作用下开始运行时，则将目标自检信号输入至所述目标能量计量芯片的待检测部件的过程，包括：

当所述目标能量计量芯片在所述电力信号的作用下开始运行时，则利用数控振荡器生成信号频率为目标频率的自检信号；其中，所述目标频率为所述电力信号两个相邻谐波频率的中间值；

将所述自检信号输入至所述目标能量计量芯片的所述待检测部件。

优选的，所述获取所述待检测部件输出端的第一输出信号的过程之后，还包括：

对所述第一输出信号进行降采样处理，以使所述陷波滤波器输出端的所述第二输出信号的信号频率为所述自检信号的4倍。

相应的，本发明还公开了一种能量计量芯片的异常检测装置，包括：

信号作用模块，用于当目标能量计量芯片在电力信号的作用下开始运行时，则将目标自检信号输入至所述目标能量计量芯片的待检测部件；

信号输入模块，用于获取所述待检测部件输出端的第一输出信号，并将所述第一输出信号输入至陷波滤波器；其中，所述陷波滤波器的陷波频率为所述电力信号的基频信号频率；

信号输出模块，用于将所述陷波滤波器输出端的第二输出信号输入至信号相关器，并获取所述信号相关器输出端的第三输出信号；

异常判断模块，用于利用所述第三输出信号对所述待检测部件的运行情况进行检测，以判断所述目标能量计量芯片是否出现异常。

相应的，本发明还公开了一种能量计量芯片的异常检测设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如前述所公开的一种能量计量芯片的异常检测方法的步骤。

相应的，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述所提供的一种能量计量芯片的异常检测方法的步骤。

可见，在本发明中，当目标能量计量芯片在电力信号的作用下开始运行时，首先是将目标自检信号输入至目标能量计量芯片的待检测部件，并获取待检测部件输出端的第一输出信号，这样第一输出信号中就蕴含有电力信号和目标自检信号的数据信息，再将第一输出信号输入至陷波滤波器，因为陷波滤波器的陷波频率为电力信号的基频信号频率，这样就可以将第一输出信号中的基频信号去除，之后，再将陷波滤波器输出端的第二输出信号输入至信号相关器，以利用信号相关器去除第二输出信号中剩余电力信号的基频信号和杂质信号，这样信号相关器所输出的第三输出信号就能够准确表征待检测部件的行为变化，最后，再利用第三输出信号对待检测部件的运行情况进行检测，并以此来判断目标能量计量芯片是否出现异常。显然，在本发明所提供的异常检测方法中，因为只利用陷波滤波器和信号相关器就可以检测出目标能量计量芯片是否出现异常，这样相比于现有技术而言，就可以显著降低在对能量计量芯片进行异常检测过程中所需要的测量成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中在对能量计量芯片进行异常检测时的示意图；

图2为本发明实施例所提供的一种能量计量芯片的异常检测方法的流程图；

图3为本发明实施例所提供的一种能量计量芯片的结构图；

图4为电力信号的频谱域示意图；

图5为陷波滤波器的陷波频率设置为50Hz的频率响应示意图

图6为本发明实施例所提供的SOS结构的陷波滤波器的示意图；

图7为本发明实施例所提供的目标能量计量芯片所涉及到的信号流处理示意图；

图8为目标能量计量芯片内部所涉及的数字信号处理示意图

图9为DFE的详细信号处理示意图；

图10为本发明实施例所提供的信号样本重采样同步示例图；

图11为本发明实施例所提供的目标能量计量芯片中待检测电压传感器或待检测电流传感器或待检测分流电阻的耦合电路示意图；

图12为待检测电压传感器的传输路径示意图；

图13为目标能量计量芯片中三个常见信号流的示意图；

图14为本发明实施例所提供的信号相关器的示意图；

图15为本发明实施例所提供的一种能量计量芯片的异常检测装置的结构图；

图16为本发明实施例所提供的一种能量计量芯片的异常检测设备的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图2，图2为本发明实施例所提供的一种能量计量芯片的异常检测方法的流程图，该异常检测方法包括：

步骤S11：当目标能量计量芯片在电力信号的作用下开始运行时，则将目标自检信号输入至目标能量计量芯片的待检测部件；

步骤S12：获取待检测部件输出端的第一输出信号，并将第一输出信号输入至陷波滤波器；

其中，陷波滤波器的陷波频率为电力信号的基频信号频率；

步骤S13：将陷波滤波器输出端的第二输出信号输入至信号相关器，并获取信号相关器输出端的第三输出信号；

步骤S14：利用第三输出信号对待检测部件的运行情况进行检测，以判断目标能量计量芯片是否出现异常。

请参见图3，图3为本发明实施例所提供的一种能量计量芯片的结构图。可以理解的是，由于目标能量计量芯片的外部组件出现任何偏差都有可能会导致目标能量计量芯片的测量结果出现偏差，因此，在实际应用中，需要定期监测目标能量计量芯片外部组件的行为变化。在本实施例中，是提供了一种能量计量芯片的异常检测方法，通过该方法能够降低在对能量计量芯片进行异常检测时所需要的测量成本。

具体的，当目标能量计量芯片在电力信号的作用下开始运行时，首先是将自检信号输入至目标能量计量芯片的待检测部件，以通过对待检测部件的检测来判断目标能量计量芯片是否发生异常。显然，当将目标自检信号输入至目标能量计量芯片的待检测部件以后，待检测部件输出端的第一输出信号就相当于是目标自检信号和电力信号的组合信号，所以，通过对第一输出信号进行检测就可以判断出目标能量计量芯片中的待检测部件是否发生异常。

需要说明的是，因为自检过程的实现原理是消除不必要的信号干扰，而在实际应用中，作用于待检测部件的电力信号的基频信号通常会非常大，并且，电力信号中的基频信号会对待检测部件的检测过程产生巨大的干扰，所以，在本实施例中，为了提高在对待检测部件进行异常检测时的准确性，是在获取得到第一输出信号之后，利用陷波滤波器来去除电力信号中的基频信号，也即，通过将陷波滤波器的陷波频率设置为电力信号的基频信号频率，然后，利用陷波滤波器将第一输出信号中所包含的电力信号的基频信号去除。

请参见图4和图5，图4为电力信号的频谱域示意图，图5为陷波滤波器的陷波频率设置为50Hz的频率响应示意图。在图4中，电力信号中包含有50Hz的基频信号和谐波信号，以及在电力信号中所添加的目标自检信号，其中，SFT signal表示目标自检信号。

能够想到的是，当利用陷波滤波器将第一输出信号中所包含的电力信号的基频信号去除以后，陷波滤波器输出端的第二输出信号中还会包含有电力信号的谐波信号以及其它杂质信号，而电力信号中的谐波信号以及其它杂质信号也会对目标能量计量芯片的检测结果造成影响。

因此，在本实施例中，为了避免电力信号中的谐波信号和其它杂质信号对目标能量计量芯片检测结果所造成的影响，是在获取得到陷波滤波器输出端的第二输出信号之后，将第二输出信号输入至信号相关器，也即，利用信号相关器来去除第二输出信号中所蕴含的电力信号的谐波信号以及其它杂质信号。显然，当利用信号相关器将第二输出信号中所蕴含的电力信号的谐波信号和其它杂质信号去除之后，信号相关器输出端的第三输出信号就可以准确表征目标能量计量芯片中待检测部件的运行情况，在此情况下，就可以利用第三输出信号来对待检测部件的运行情况进行检测，并根据检测结果来判断目标能量计量芯片是否出现异常。

需要说明的是，在实际应用中，触发目标自检信号对目标能量计量芯片进行自检的过程，可以每一小时执行一次，也可以在需要时再执行该方法步骤，或者还可以是按照预先所设置好的时间周期来执行该方法步骤。

此外，如果目标能量计量芯片不需要执行自检过程，此时，还可以绕过陷波滤波器和信号相关器的处理流程，这样就可以相对减少对目标能量计量芯片正常计量功能所造成的影响。

可见，在本实施例中，当目标能量计量芯片在电力信号的作用下开始运行时，首先是将目标自检信号输入至目标能量计量芯片的待检测部件，并获取待检测部件输出端的第一输出信号，这样第一输出信号中就蕴含有电力信号和目标自检信号的数据信息，再将第一输出信号输入至陷波滤波器，因为陷波滤波器的陷波频率为电力信号的基频信号频率，这样就可以将第一输出信号中的基频信号去除，之后，再将陷波滤波器输出端的第二输出信号输入至信号相关器，以利用信号相关器去除第二输出信号中剩余电力信号的基频信号和杂质信号，这样信号相关器所输出的第三输出信号就能够准确表征待检测部件的行为变化，最后，再利用第三输出信号对待检测部件的运行情况进行检测，并以此来判断目标能量计量芯片是否出现异常。显然，在本实施例所提供的异常检测方法中，因为只利用陷波滤波器和信号相关器就可以检测出目标能量计量芯片是否出现异常，这样相比于现有技术而言，就可以显著降低在对能量计量芯片进行异常检测过程中所需要的测量成本。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，陷波滤波器具体为SOS结构的陷波滤波器。

在本实施例中，是将陷波滤波器设置为SOS(Second Order Section，二阶)结构的陷波滤波器，请参见图6，图6为本发明实施例所提供的SOS结构的陷波滤波器的示意图。因为此种结构的陷波滤波器不仅具有滤波效果稳定、可靠的优点，而且，在实际生活中也较为常见，所以，当将陷波滤波器设置为SOS结构的陷波滤波器时，还可以相对提高本申请所提供异常检测方法在实际应用中的普适性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，上述步骤：获取待检测部件输出端的第一输出信号的过程之后，还包括：

利用插值重采样器对第一输出信号进行插值处理，以得到与目标能量计量芯片的时钟同步的插值信号；

将插值信号输入至陷波滤波器，并继续执行将陷波滤波器输出端的第二输出信号输入至信号相关器的步骤。

请参见图7和图8，图7为本发明实施例所提供的目标能量计量芯片所涉及到的信号流处理示意图，图8为目标能量计量芯片内部所涉及的数字信号处理示意图。在图8中，首先是利用数控振荡器产生目标自检信号，然后，将目标自检信号通过DAC(Digital toAnalog Converter，数字转换器)输入至待检测部件；其中，目标自检测信号通过DAC会转换成为信号s(t)，信号s(t)在待检测部件中运行一圈后，会转换成为输出信号V_v(t)。可以理解的是，此时，输出信号V_v(t)是目标自检测信号与电力信号的组合信号，在实际应用中，为了保证输出信号V_v(t)能够输入至陷波滤波器进行正常的后续处理流程，是对输出信号V_v(t)依次进行了SD-ADC(Sigma Delta Analog To Digital Converter，积分-微分调变模数转换器)、位处理、滤波和延时处理之后，再将输出信号V_v(t)处理之后的信号V_d(k)输入至CIC1滤波器进行滤波，在本实施例中，信号V_d(k)即为第一输出信号，然后，信号V_d(k)输入至陷波滤波器，以去除信号V_d(k)中所蕴含的电力信号中的基频信号，然后，再利用CIC2滤波器和信号相关器去除信号V_d(k)中所蕴含的电力信号的谐波信号和杂质信号，并以此来对待检测部件的运行情况进行检测。

需要说明的是，在本实施例中，是将图8中陷波滤波器和信号相关器对信号V_d(k)的处理流程称为SFT(Self Test，自检处理)；将图8中的位处理、滤波和延时统称为DFE(Digital Front End，数字前端处理)。请参见图9，图9为DFE的详细信号处理示意图。

在实际应用中，除了可以利用上述方法来检测目标能量计量芯片中待检测部件的运行情况之外，还可以通过对第一输出信号进行插值处理，得到与目标能量计量芯片的时钟同步的插值信号，然后，再利用插值信号来对目标能量计量芯片中待检测部件的运行情况进行检测。

请参见图8，在实际操作过程中，利用插值重采样器对第一输出信号V_d(k)进行插值处理，就可以得到与目标能量计量芯片的时钟同步的插值信号，此时，再将插值信号输入至SFT就可以对待检测部件的运行情况进行检测。在本实施例中，是将利用插值重采样器对信号V_d(k)的处理流程统称为HFM(Harmonic Frequency Measurement，谐波测量)。

请参见图10，图10为本发明实施例所提供的信号样本重采样同步示例图。需要说明的是，在实际操作过程中，插值重采样器的采样频率需要满足在一个完整的电力信号AC周期内有m·N_FFT·M₃个采样点，其中，m是一个整数，N_FFT是HFM中使用的快速傅里叶转换器FFT(Fast Fourier Transform)的点数，M₃是位于HFM中CIC滤波器的采样率。具体的，可以将FFT的点数设置为256或者128。

需要说明的是，在图8所示目标能量计量芯片内部所涉及的数字信号处理示意图中，因为SFT部分为本申请的核心发明点，而其它模块的信号处理流程与现有技术相同，且为本领域技术人员的公知常识，所以，在本实施例中，对图8所示的信号处理流程不作详细赘述。

在图8中，CIC1、CIC2、CIC3表示级联积分梳状滤波器(Cascaded IntergratorComb Filter)，COMP1、COMP2、COMP3表示频率补偿滤波器(Compensation Filter)，T2F表示时域转频域处理器(Time to Frequency Transform)，CSR表示控制和状态寄存器(ControlStatus Register)，MCU表示单片机(Micro Controller Unit)，FMEAS表示频率测量(Frequency Measurement)，HFM_CTRL表示谐波频率测量控制(Harmonic FrequencyMeasurement Control)，LPF表示低通滤波器(Low Pass Filter)。

可见，通过本实施例所提供的技术方案，可以使得待检测部件的异常检测方法更加灵活与多样。

作为一种优选的实施方式，插值重采样器具体为Farrow结构的插值重采样器。

具体的，在本实施例中，是利用Farrow结构的插值重采样器来对第一输出信号进行插值处理，因为Farrow结构的插值重采样器设计成本较为低廉，并且，实现过程简单，所以，通过这样的设置方式，就可以相对降低插值重采样器所需要的造价成本。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，上述步骤：当目标能量计量芯片在电力信号的作用下开始运行时，则将目标自检信号输入至目标能量计量芯片的待检测部件的过程，包括：

当目标能量计量芯片在电力信号的作用下开始运行时，则将目标自检信号输入至目标能量计量芯片的待检测电压传感器或待检测电流传感器或待检测分流电阻。

在实际应用中，可以利用本申请所提供的方法来对目标能量计量芯片中的待检测电压传感器或待检测电流传感器或待检测分流电阻进行异常检测。请参见图11，图11为本发明实施例所提供的目标能量计量芯片中待检测电压传感器或待检测电流传感器或待检测分流电阻的耦合电路示意图。

在图11中，当待检测电压传感器接收到目标自检信号后，将其标记为V_v(t)，由ADC转换器从模拟域转换为数字域，然后，用于检测待检测电压传感器的运行情况；当待检测分流电阻接收到目标自检信号后，将其标记为V_s(t)，由模数转换器ADC从模拟域转换为数字域，然后，用于检测待检测分流电阻的运行情况；当待检测电流传感器接收到目标自检信号后，将其标记为V_c(t)，由模数转换器ADC从模拟域转为数字域，然后，用于检测待检测电流传感器的运行情况。

请参见图12与图13，图12为待检测电压传感器的传输路径示意图，图13为目标能量计量芯片中三个常见信号流的示意图。在图13中，信号V_c(t)、V_v(t)和V_s(t)分别先会在DFE中进行预处理，经过预处理之后所得的信号会分别用于MET、SFT以及HFM，该过程为本领域技术人员所熟知的内容，在此不作具体赘述。

需要注意的是，在待检测分流电阻的检测路径中，由于在极端轻负载的情况下，带电电流可能会很小，所以，目标自检信号的电平可能接近甚至比电力信号的电平大，从理论上讲可以通过以下控制方法来解决这个问题。比如：当将目标自检信号发送至待检测分流电阻时，可以通过插入自检信号来调整目标自检信号；或者，通过动态调整模拟前端功率增益放大器的增益来实现，以保证在所有情况下，目标自检信号的电平均远小于电力信号的电平。当然，无论采取哪种处理方式，选取的目标自检信号的缩放比例因子取决于电力信号的幅度。作为一种优选的实施方式，缩放后的目标自检信号的幅度相对于目标自检信号的幅度大约在百分之一到千分之一的范围内。

显然，通过本实施例所提供的技术方案，进一步保证了待检测部件的全面性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，上述步骤：当目标能量计量芯片在电力信号的作用下开始运行时，则将目标自检信号输入至目标能量计量芯片的待检测部件的过程，包括：

当目标能量计量芯片在电力信号的作用下开始运行时，则利用数控振荡器生成信号频率为目标频率的自检信号；

其中，目标频率为电力信号两个相邻谐波频率的中间值；

将自检信号输入至目标能量计量芯片的待检测部件。

在本实施例中，是利用数控振荡器来生成目标自检信号。具体的，是利用数控振荡器生成信号频率为目标频率的自检信号，其中，目标频率为电力信号两个相邻谐波频率的中间值。显然，这样的设置方式是为了使得自检信号的信号频率尽可能远离电力信号中基波信号和/或谐波信号的频率，并由此使得待检测部件的异常检测结果更加准确与可靠。

在实际生活中，电力信号中基频信号的频率一般为50Hz或60Hz；在此情况下，数控振荡器会相应地调整自检信号的频率，以使得自检信号的频率位于f₁＝50×(n+1)Hz和f₂＝50×(n+2)Hz的中心点或者是中心点附近，或者，是使自检信号的频率位于f₁＝60×(n+1)Hz和f₂＝60×(n+2)Hz的中心点或中心点附近，其中，n为正整数。

能够想到的是，由于外界环境因素的影响，电力信号在实际运行过程中，电力信号的基频信号均会有一个正偏移ΔfHz或者是负偏移-ΔfHz。在此情况下，为了保证数控振荡器生成的自检信号能够准确测量评估出待检测部件的运行情况，数控振荡器也会相应地调整自检信号的频率，以使得数控振荡器能够输出准确且可靠的自检信号。

比如：当电力信号的基波信号与实际理想信号的50Hz之间有一个负偏移-ΔfHz时，数控振荡器会相应地调整自检信号的频率，以使得自检信号的频率位于f1＝(50-Δf)×(n+1)Hz和f2＝(50-Δf)×(n+2)Hz的中心点或中心点附近；当基频信号与实际理想信号的60Hz之间有正偏移ΔfHz时，数控振荡器会调整自检信号的频率，以使得自检信号的频率位于f1＝(60+Δf)×(n+1)Hz和f2＝(60+Δf)×(n+2)Hz的中心点或中心点附近。当基频信号与实际理想信号的60Hz之间有负偏移-ΔfHz时，数控振荡器会调整自检信号的频率，以使得自检信号的频率位于f1＝(60-Δf)×(n+1)Hz和f2＝(60-Δf)×(n+2)Hz的中心点或中心点附近；其中，n为正整数。总之，数控振荡器所输出自检信号的目标频率应尽可能远离电力信号的基频信号以及谐波信号。

具体的，在本实施例中，是将自检信号的方程表达式设置为：

s(t)＝A·sgn[sin(2π·f_SFT·t)]

式中，A为自检信号的信号幅度，f_SFT为自检信号的信号频率，x的符号函数sgn(x)定义如下：

作为一种优选的实施方式，上述步骤：获取待检测部件输出端的第一输出信号的过程之后，还包括：

对第一输出信号进行降采样处理，以使陷波滤波器输出端的第二输出信号的信号频率为自检信号的4倍。

在本实施例中，为了方便计算是对第一输出信号进行降采样处理，并将陷波滤波器输出端的第二输出信号的信号频率设置为自检信号的4倍。具体的，假设陷波滤波器的信号频率f_AC＝50Hz，那么，经过降采样与滤波之后的第二输出信号的信号频率为自检信号的4倍。

请参见图7，假设目标自检信号是对待检测电压传感器进行检测，其中，

式中，f_s表示本地相关器输入处的采样率，

T_s表示采样周期。

然后，将采样得到的信号样本序列V_d(kT_s)与一个复数信号相关，该复数信号为s(kT_s)＝cos(2π·f_SFT·kT_s)+j·sin(2π·fSFT·kT_s)，对于N个信号序列的样本，信号相关性和平均过程请参见图14，图14为本发明实施例所提供的信号相关器的示意图。

假设初始样本从第k₁个样本开始，选择索引k₁≥1，

那么，

由于第二输出信号f_s的信号频率是自检信号f_SFT的4倍，也即，

所以，相对复杂余弦和正弦的运算过程就可以大幅简化，具体如下所示：

cos(2π·f_SFT·kT_s)＝1,0,-1,0,1,0,-1,0，当k为正整数时；

sin(2π·f_SFT·kT_s)＝0,1,0,-1,0,1,0,-1，当k为正整数时；

这样信号相关性和平均过程就会变得非常简单，并且，会有如下结论：

实际上，当N足够大时，参数项E_R(k₁,N)+j·E_I(k₁,N)将会足够小到可以忽略程度，所以，最后在求取平均值操作之后，对最终结果求取实部和虚部的平方和，再求取平方根，就会得到A值，也即：

对于N比较大的情况，近似值

是正确的，将最终的幅度结果表示为待检测部件的测试结果，由于该测试结果是通过上述自检测过程计算所得，所以，可以将该测试结果作为参考增益：

当N足够大且初始样本之索引k₁固定的N个样本上，评估或计算获得的测试结果在理想情况下，应与待检测电压传感器检测路径中的外部闭环增益成比例，也即：

式中，C_VS为比例因子。

需要说明的是，当N值越大，参考增益的估计值会越准确。在实际应用中，在完成自检过程之后记录该值，如果该值超过了预设的波动范围，则说明待检测部件出现了异常或者是老化。

此外，对于待检测电流传感器或者是待检测分流电阻，均可以执行上述自检过程，并最终通过收集待检测电流传感器所在信号传输路径的电流增益估计

以及待检测分流电阻所在信号传输路径的分流电阻增益估计

来分别评估待检测电流传感器和待检测分流电阻的运行情况，其中，C_CT是与待检测电流传感器的信号传输路径相关的比例因子，C_SR是与待检测分流电阻的信号传输路径相关的比例因子。

值得注意的是，在HFM中，电力信号的信号频率是由FMEAS(FrequencyMeasurement，频率量测)模块评估，假设电力信号具有ΔfHz的正频率偏移，FMEAS会输出(50+Δf)Hz的估测值或者等效参数至HFM_CTRL(Harmonic Frequency MeasurementControl，谐波频率测量控制)模块，然后，HFM_CTRL模块将相应的配置或调整插值重采样器的参数频率，并对接收到的信号进行重新采样，以使得输出的信号采样率与理想的电力信号的50Hz同步，这样当对重新采样信号执行FFT频谱分析运算时，就没有信号频谱泄露的问题。

请参见图15，图15为本发明实施例所提供的一种能量计量芯片的异常检测装置的结构图，该异常检测装置包括：

信号作用模块21，用于当目标能量计量芯片在电力信号的作用下开始运行时，则将目标自检信号输入至目标能量计量芯片的待检测部件；

信号输入模块22，用于获取待检测部件输出端的第一输出信号，并将第一输出信号输入至陷波滤波器；其中，陷波滤波器的陷波频率为电力信号的基频信号频率；

信号输出模块23，用于将陷波滤波器输出端的第二输出信号输入至信号相关器，并获取信号相关器输出端的第三输出信号；

异常判断模块24，用于利用第三输出信号对待检测部件的运行情况进行检测，以判断目标能量计量芯片是否出现异常。

本发明实施例所提供的一种能量计量芯片的异常检测装置，具有前述所公开的一种能量计量芯片的异常检测方法所具有的有益效果。

请参见图16，图16为本发明实施例所提供的一种能量计量芯片的异常检测设备的结构图，该异常检测设备包括：

存储器31，用于存储计算机程序；

处理器32，用于执行所述计算机程序时实现如前述所公开的一种能量计量芯片的异常检测方法的步骤。

本发明实施例所提供的一种能量计量芯片的异常检测设备，具有前述所公开的一种能量计量芯片的异常检测方法所具有的有益效果。

相应的，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述所公开的一种能量计量芯片的异常检测方法的步骤。

本发明实施例所提供的一种计算机可读存储介质，具有前述所提供的一种能量计量芯片的异常检测方法所具有的有益效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种能量计量芯片的异常检测方法、装置、设备及介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种能量计量芯片的异常检测方法，其特征在于，包括：

当目标能量计量芯片在电力信号的作用下开始运行时，则将目标自检信号输入至所述目标能量计量芯片的待检测部件；

获取所述待检测部件输出端的第一输出信号，并将所述第一输出信号输入至陷波滤波器；其中，所述陷波滤波器的陷波频率为所述电力信号的基频信号频率；

将所述陷波滤波器输出端的第二输出信号输入至信号相关器，并获取所述信号相关器输出端的第三输出信号；

利用所述第三输出信号对所述待检测部件的运行情况进行检测，以判断所述目标能量计量芯片是否出现异常。

2.根据权利要求1所述的异常检测方法，其特征在于，所述陷波滤波器具体为SOS结构的陷波滤波器。

3.根据权利要求1所述的异常检测方法，其特征在于，所述获取所述待检测部件输出端的第一输出信号的过程之后，还包括：

利用插值重采样器对所述第一输出信号进行插值处理，以得到与所述目标能量计量芯片的时钟同步的插值信号；

将所述插值信号输入至所述陷波滤波器，并继续执行所述将所述陷波滤波器输出端的第二输出信号输入至信号相关器的步骤。

4.根据权利要求3所述的异常检测方法，其特征在于，所述插值重采样器具体为Farrow结构的插值重采样器。

5.根据权利要求1所述的异常检测方法，其特征在于，所述当目标能量计量芯片在电力信号的作用下开始运行时，则将目标自检信号输入至所述目标能量计量芯片的待检测部件的过程，包括：

当所述目标能量计量芯片在所述电力信号的作用下开始运行时，则将所述目标自检信号输入至所述目标能量计量芯片的待检测电压传感器或待检测电流传感器或待检测分流电阻。

6.根据权利要求1至5任一项所述的异常检测方法，其特征在于，所述当目标能量计量芯片在电力信号的作用下开始运行时，则将目标自检信号输入至所述目标能量计量芯片的待检测部件的过程，包括：

当所述目标能量计量芯片在所述电力信号的作用下开始运行时，则利用数控振荡器生成信号频率为目标频率的自检信号；其中，所述目标频率为所述电力信号两个相邻谐波频率的中间值；

将所述自检信号输入至所述目标能量计量芯片的所述待检测部件。

7.根据权利要求6所述的异常检测方法，其特征在于，所述获取所述待检测部件输出端的第一输出信号的过程之后，还包括：

对所述第一输出信号进行降采样处理，以使所述陷波滤波器输出端的所述第二输出信号的信号频率为所述自检信号的4倍。

8.一种能量计量芯片的异常检测装置，其特征在于，包括：

信号作用模块，用于当目标能量计量芯片在电力信号的作用下开始运行时，则将目标自检信号输入至所述目标能量计量芯片的待检测部件；

信号输入模块，用于获取所述待检测部件输出端的第一输出信号，并将所述第一输出信号输入至陷波滤波器；其中，所述陷波滤波器的陷波频率为所述电力信号的基频信号频率；

信号输出模块，用于将所述陷波滤波器输出端的第二输出信号输入至信号相关器，并获取所述信号相关器输出端的第三输出信号；

异常判断模块，用于利用所述第三输出信号对所述待检测部件的运行情况进行检测，以判断所述目标能量计量芯片是否出现异常。

9.一种能量计量芯片的异常检测设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的一种能量计量芯片的异常检测方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的一种能量计量芯片的异常检测方法的步骤。

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