CN113985340A - 电能计量芯片及其相位补偿方法和相位补偿装置 - Google Patents

电能计量芯片及其相位补偿方法和相位补偿装置 Download PDF

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CN113985340A CN202111181308.7A CN202111181308A CN113985340A CN 113985340 A CN113985340 A CN 113985340A CN 202111181308 A CN202111181308 A CN 202111181308A CN 113985340 A CN113985340 A CN 113985340A
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李胜芳
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Abstract

本发明公开了一种电能计量芯片及其相位补偿方法和相位补偿装置，所述方法包括：获取超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值，根据超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定标准采样点和总采样点数，根据超前相位补偿定值、滞后相位补偿定值和总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值多项式，根据牛顿插值多项式、超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定相位补偿后的采样值。本发明的相位补偿方法，采用牛顿插值的特性，根据相位补偿定值的范围确定牛顿差值多项式，以对相位进行补偿，优化了电能计量芯片的计算效率和速度，提高了相位补偿的精度和准确度。

Description

电能计量芯片及其相位补偿方法和相位补偿装置
技术领域
本发明涉及电能计量技术领域，尤其涉及一种电能计量芯片的相位补偿方法、一种电能计量芯片的相位补偿装置、一种计算机可读存储介质和一种电能计量芯片。
背景技术
随着数字信号处理和芯片设计制造技术的进步，电能计量芯片在智能电能表中得到广泛应用，电能计量芯片作为智能电能表的核心器件，它的计算精度和准确度，直接决定电能表计量的精度和准确度。由于电能计量芯片采用模数转换单元对电压和电流进行采样，而电流和电压采样通道的延迟存在差异，导致采样后电流和电压信号的相位夹角产生偏移，即相位偏差。如果不对相位偏差进行补偿，则会降低电能计量芯片的计量精度和准确度，因此电能计量芯片需要具有相位补偿功能。
相关技术中，电能计量芯片的相位补偿方法基于时移法，也成为数据缓冲法，该方法需要一块随机存取存储器(RAM)作为缓存，不断存放最新的电流、电压采样数据片段，并根据电能误差校验台所测得的相位偏差值，对缓存中的两路采样数据进行校准，以抵消相位偏差带来的影响。但是这种补偿相位的方式包括模数转换器输出采样频率和Sigma-Delta调制器采样频率，较高的采样频率，就需要较大的缓存空间，并且Sigma-Delta型的模数转换单元一个固有特性就是采样率与精度和准确度之间的矛盾，较高的采样率会导致测量精度和准确度急剧下降，且增加了芯片的生产制造难度。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种电能计量芯片的相位补偿方法，采用牛顿插值的特性，根据相位补偿定值的范围确定牛顿差值多项式，以对相位进行补偿，优化了电能计量芯片的计算效率和速度，提高了相位补偿的精度和准确度。
本发明的第二个目的在于提出一种电能计量芯片的相位补偿装置。
本发明的第三个目的在于提出一种计算机可读存储介质。
本发明的第四个目的在于提出一种电能计量芯片。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种电能计量芯片的相位补偿方法，包括：获取超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值；根据所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定标准采样点和总采样点数；根据所述超前相位补偿定值、所述滞后相位补偿定值和所述总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值多项式；根据所述牛顿插值多项式、所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定相位补偿后的采样值。
根据本发明实施例的电能计量芯片的相位补偿方法，首先获取超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值，然后根据超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定标准采样点和总采样点数，再根据超前相位补偿定值、滞后相位补偿定值和总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值多项式，最后根据牛顿插值多项式、超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定相位补偿后的采样值。由此，该方法采用牛顿插值的特性，根据相位补偿定值的范围确定牛顿差值多项式，以对相位进行补偿，优化了电能计量芯片的计算效率和速度，提高了相位补偿的精度和准确度。
另外，根据本发明上述实施例的电能计量芯片的相位补偿方法还可以具有如下的附加技术特征：
根据本发明的一个实施例，根据所述超前相位补偿定值、所述滞后相位补偿定值和所述总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值多项式，包括：根据所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定超前插值阶数和滞后插值阶数；根据所述超前插值阶数、所述滞后插值阶数和所述总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值的相应系数和分项数据；根据所述牛顿插值的相应系数和分项数据确定所述牛顿插值多项式。
根据本发明的一个实施例，根据所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定标准采样点和总采样点数，包括：根据所述超前相位补偿定值确定所述标准采样点；根据所述超前相位补偿定值确定超前采样点数，并根据所述滞后相位补偿定值确定滞后采样点数；根据所述超前采样点数、所述滞后采样点数和所述标准采样点确定所述总采样点数。
根据本发明的一个实施例，根据所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定超前插值阶数和滞后插值阶数，包括：根据所述超前采样点数确定所述超前插值阶数，并根据所述滞后采样点数确定所述滞后插值阶数。
根据本发明的一个实施例，根据所述超前插值阶数、所述滞后插值阶数和所述总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值的相应系数，包括：获取所述牛顿插值的k阶差商值，其中，k为0,1,2，…，超前插值阶数或者滞后插值阶数；根据所述牛顿插值的k阶差商值确定所述牛顿插值的相应系数。
根据本发明的一个实施例，所述牛顿插值的k阶差商值根据以下公式进行表达：
所述牛顿插值的零阶差商值为：
a00＝f(0)；
所述牛顿插值的一阶差商值为：
Figure BDA0003297323900000031
所述牛顿插值的二阶差商值为：
Figure BDA0003297323900000032
所述牛顿插值的三阶差商值为：
Figure BDA0003297323900000033
所述牛顿插值的n阶差商值为：
a0n＝(a1(n-1)-a0(n-1))/(nT-0)；
其中，a00、a01、…、a0n分别表示所述牛顿插值的相应系数，T表示采样周期，a11表示第二个采样点与第一个采样点的一阶差商值，a21表示第三个采样点与第二个采样点的一阶差商值，…，a(n-1)1表示在第n个采样点与第n-1个采样点的一阶差商值，a12表示第二个采样点与第一个采样点的二阶差商值，a22表示第三个采样点与第二个采样点的二阶差商值，…，a(n-2)2表示在第n个采样点与第n-1个采样点的二阶差商值，a13表示第二个采样点与第一个采样点的三阶差商值，a23表示第三个采样点与第二个采样点的三阶差商值，…，a(n-3)3表示在第n个采样点与第n-1个采样点的三阶差商值。
根据本发明的一个实施例，通过下述公式确定所述牛顿插值的分项数据：
λ0＝t-0
λ1＝λ0(t-1T)
λ2＝λ0λ1(t-2T)
λ3＝λ0λ1λ2(t-3T)
...
λn-1＝λ0λ1λ2...λn-2(t-(n-2)T)
其中，λ0、λ1、…、λn-1分别表示所述牛顿插值的分项数据，T表示采样周期，t表示所述超前相位补偿定值或者所述滞后相位补偿定值。
根据本发明的一个实施例，通过下述公式确定所述牛顿插值多项式f(t)：
f(t)＝a00+a01*λ0+a02*λ1+a03*λ2+...+a0n*λn-1
其中，a00、a01、…、a0n分别表示所述牛顿插值的相应系数，λ0、λ1、…、λn-1分别表示所述牛顿插值的分项数据。
根据本发明的一个实施例，获取超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值，包括：获取所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值均为零时的电压相位和电流相位；根据所述电压相位和电流相位之间的相位差确定所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电能计量芯片的相位补偿装置，包括：获取模块，用于获取超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值；第一确定模块，用于根据所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定标准采样点和总采样点数；第二确定模块，用于根据所述超前相位补偿定值、所述滞后相位补偿定值和所述总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值多项式；相位补偿模块，用于根据所述牛顿插值多项式、所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定相位补偿后的采样值。
根据本发明实施例的电能计量芯片的相位补偿装置，首先通过获取模块获取超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值，然后通过第一确定模块根据超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定标准采样点和总采样点数，再通过第二确定模块根据超前相位补偿定值、滞后相位补偿定值和总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值多项式，最后相位补偿模块根据牛顿插值多项式、超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定相位补偿后的采样值。由此，该装置采用牛顿插值的特性，根据相位补偿定值的范围确定牛顿差值多项式，以对相位进行补偿，优化了电能计量芯片的计算效率和速度，提高了相位补偿的精度和准确度。
另外，根据本发明上述实施例的电能计量芯片的相位补偿装置还可以具有如下的附加技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述第二确定模块根据所述超前相位补偿定值、所述滞后相位补偿定值和所述总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值多项式，具体用于：根据所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定超前插值阶数和滞后插值阶数；根据所述超前插值阶数、所述滞后插值阶数和所述总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值的相应系数和分项数据；根据所述牛顿插值的相应系数和分项数据确定所述牛顿插值多项式。
根据本发明的一个实施例，所述第一确定模块根据所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定标准采样点和总采样点数，具体用于：根据所述超前相位补偿定值确定所述标准采样点；根据所述超前相位补偿定值确定超前采样点数，并根据所述滞后相位补偿定值确定滞后采样点数；根据所述超前采样点数、所述滞后采样点数和所述标准采样点确定所述总采样点数。
根据本发明的一个实施例，所述第二确定模块根据所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定超前插值阶数和滞后插值阶数，具体用于：根据所述超前采样点数确定所述超前插值阶数，并根据所述滞后采样点数确定所述滞后插值阶数。
根据本发明的一个实施例，所述第二确定模块根据所述超前插值阶数、所述滞后插值阶数和所述总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值的相应系数，具体用于：获取所述牛顿插值的k阶差商值，其中，k为0,1,2，…，超前插值阶数或者滞后插值阶数；根据所述牛顿插值的k阶差商值确定所述牛顿插值的相应系数。
根据本发明的一个实施例，所述牛顿插值的k阶差商值根据以下公式进行表达：
所述牛顿插值的零阶差商值为：
a00＝f(0)；
所述牛顿插值的一阶差商值为：
Figure BDA0003297323900000051
所述牛顿插值的二阶差商值为：
Figure BDA0003297323900000061
所述牛顿插值的三阶差商值为：
Figure BDA0003297323900000062
所述牛顿插值的n阶差商值为：
a0n＝(a1(n-1)-a0(n-1))/(nT-0)；
其中，a00、a01、…、a0n分别表示所述牛顿插值的相应系数，T表示采样周期，a11表示第二个采样点与第一个采样点的一阶差商值，a21表示第三个采样点与第二个采样点的一阶差商值，…，a(n-1)1表示在第n个采样点与第n-1个采样点的一阶差商值，a12表示第二个采样点与第一个采样点的二阶差商值，a22表示第三个采样点与第二个采样点的二阶差商值，…，a(n-2)2表示在第n个采样点与第n-1个采样点的二阶差商值，a13表示第二个采样点与第一个采样点的三阶差商值，a23表示第三个采样点与第二个采样点的三阶差商值，…，a(n-3)3表示在第n个采样点与第n-1个采样点的三阶差商值。
根据本发明的一个实施例，所述第二确定模块通过下述公式确定所述牛顿插值的分项数据：
λ0＝t-0
λ1＝λ0(t-1T)
λ2＝λ0λ1(t-2T)
λ3＝λ0λ1λ2(t-3T)
...
λn-1＝λ0λ1λ2...λn-2(t-(n-2)T)
其中，λ0、λ1、…、λn-1分别表示所述牛顿插值的分项数据，T表示采样周期，t表示所述超前相位补偿定值或者所述滞后相位补偿定值。
根据本发明的一个实施例，所述第二确定模块通过下述公式确定所述牛顿插值多项式f(t)：
f(t)＝a00+a01*λ0+a02*λ1+a03*λ2+...+a0n*λn-1
其中，a00、a01、…、a0n分别表示所述牛顿插值的相应系数，λ0、λ1、…、λn-1分别表示所述牛顿插值的分项数据。
根据本发明的一个实施例，所述获取模块获取超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值，具体用于：获取所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值均为零时的电压相位和电流相位；根据所述电压相位和电流相位之间的相位差确定所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值。
为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出的一种计算机可读存储介质，其上存储有电能计量芯片的相位补偿程序，该电能计量芯片的相位补偿程序被处理器执行时实现上述的电能计量芯片的相位补偿方法。
根据本发明实施例的计算机可读存储介质，通过执行上述的电能计量芯片的相位补偿方法，能够优化电能计量芯片的计算效率和速度，提高相位补偿的精度和准确度。
为达到上述目的，本发明第四方面实施例提出的一种电能计量芯片，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的电能计量芯片的相位补偿程序，所述处理器执行所述电能计量芯片的相位补偿程序时，实现上述的电能计量芯片的相位补偿方法。
根据本发明实施例的电能计量芯片，通过执行上述的电能计量芯片的相位补偿方法，能够优化电能计量芯片的计算效率和速度，提高相位补偿的精度和准确度。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为根据本发明实施例的电能计量芯片的相位补偿方法的流程图；
图2为根据本发明的一个实施例的电能计量芯片的相位补偿方法的确定牛顿插值多项式的流程图；
图3为根据本发明实施例的电能计量芯片的相位补偿装置的方框示意图；
图4为根据本发明实施例的电能计量芯片的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例提出的电能计量芯片的相位补偿方法、电能计量芯片的相位补偿方法、电能计量芯片和计算机可读存储介质。
图1为根据本发明实施例的电能计量芯片的相位补偿方法的流程图。如图1所示，本发明实施例的电能计量芯片的相位补偿方法，可包括以下步骤：
S1，获取超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值。
根据本发明的一个实施例，获取超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值，可包括：获取超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值均为零时的电压相位和电流相位；根据电压相位和电流相位之间的相位差确定超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值。
具体而言，在标准的环境中(电流和电压采样通道不存在延时)，此时，采集的电压和电流不存在超前和滞后的情况(超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值均为0)，获取这种情况下的电压值和电流值。在实际环境中采集(电流和电压采样通道存在延时)时，获取实际环境中的电压值和电流值，分别获取实际环境中采集的电压值与标准环境中采集的电压值之间的电压差值，并获取实际环境中采集的电流值与标准环境中采集的电流值之间的电流差值，根据电压差值和电流差值即可确定超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值。
在本发明的一个实施例中，超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值还可根据实际情况进行标定，例如，超前相位补偿定值可以为2.5T，滞后相位补偿定值可以为3.5T，其中，T表示采样周期。
S2，根据超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定标准采样点和总采样点数。
根据本发明的一个实施例，根据超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定标准采样点和总采样点数，可包括：根据超前相位补偿定值确定标准采样点；根据超前相位补偿定值确定超前采样点数，并根据滞后相位补偿定值确定滞后采样点数；根据超前采样点数、滞后采样点数和标准采样点确定总采样点数。
具体而言，假设电能计量芯片的采样周期为T，为了便于计算，计算时所需要的采样点的横坐标为周期T的整倍数，标准采样点的横坐标值记为0，第二个采样值的横坐标值记为1T，第三个采样值的横坐标记为2T，第四个采样值的横坐标记为3T，以此类推可知n+1个采样值点的横坐标记为nT。
举例而言，以超前相位补偿定值为2.5T，滞后相位补偿定值为3.5T为例。当超前相位补偿定值为2.5T，滞后相位补偿定值为3.5T时，所需要计算的采样点的横坐标分别为3T、2T、1T、0、1T、2T、3T、4T，计算时所需的超前采样点为1T、2T、3T，超前采样点数为3个，第4个采样点为标准采样点，计算时所需的滞后采样点为4T、3T、2T、1T，滞后采样点数为4个，由此可以得知总采样点数为8个，其中，标准采样点即为基准点0，且总采样点包括标准采样点。
S3，根据超前相位补偿定值、滞后相位补偿定值和总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值多项式。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，根据超前相位补偿定值、滞后相位补偿定值和总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值多项式，可包括以下步骤：
S31，根据超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定超前插值阶数和滞后插值阶数。
根据本发明的一个实施例，根据超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定超前插值阶数和滞后插值阶数，包括：根据超前采样点数确定超前插值阶数，并根据滞后采样点数确定滞后插值阶数。
具体而言，继续以超前相位补偿定值为2.5T，滞后相位补偿定值为3.5T为例，此时超前采样点数为3个，可以确定超前插值阶数为3阶，滞后采样点数为4个，可以确定滞后插值阶数为4阶，即超前采样点数即为超前插值阶数，滞后采样点数即为滞后插值阶数。也就是说，当超前相位补偿定值为2.5T，滞后相位补偿定值为3.5T时，超前补偿插值采用3阶牛顿插值进行相位补偿计算，滞后补偿插值采用4阶牛顿插值进行相位补偿计算。
S32，根据超前插值阶数、滞后插值阶数和总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值的相应系数和分项数据。
根据本发明的一个实施例，根据超前插值阶数、滞后插值阶数和总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值的相应系数，包括：获取牛顿插值的k阶差商值，其中，k为0,1,2，…，超前插值阶数或者滞后插值阶数；根据牛顿插值的k阶差商值确定牛顿插值的相应系数。
进一步地，根据本发明的一个实施例，牛顿插值的k阶差商值根据以下公式进行表达：
牛顿插值的零阶差商值为：
a00＝f(0)；
牛顿插值的一阶差商值为：
Figure BDA0003297323900000091
牛顿插值的二阶差商值为：
Figure BDA0003297323900000101
牛顿插值的三阶差商值为：
Figure BDA0003297323900000102
牛顿插值的n阶差商值为：
a0n＝(a1(n-1)-a0(n-1))/(nT-0)；
其中，a00、a01、…、a0n分别表示牛顿插值的相应系数，T表示采样周期，a11表示第二个采样点与第一个采样点的一阶差商值，a21表示第三个采样点与第二个采样点的一阶差商值，…，a(n-1)1表示在第n个采样点与第n-1个采样点的一阶差商值，a12表示第二个采样点与第一个采样点的二阶差商值，a22表示第三个采样点与第二个采样点的二阶差商值，…，a(n-2)2表示在第n个采样点与第n-1个采样点的二阶差商值，a13表示第二个采样点与第一个采样点的三阶差商值，a23表示第三个采样点与第二个采样点的三阶差商值，…，a(n-3)3表示在第n个采样点与第n-1个采样点的三阶差商值。
具体而言，假设采样值的函数为f(x)，那么标准采样点对应的采样值为f(0)。当超前相位补偿定值为2.5T时，超前插值阶数为3阶，将n＝3分别代入上述公式，可以得出牛顿插值的各阶差商值：a00、a01、a11、a21、a02、a12、a03；当滞后相位补偿定值为3.5T时，滞后插值阶数为4阶，将n＝4分别代入上述公式，可以得出牛顿插值的各阶差商值：a00、a01、a11、a21、a31、a02、a12、a22、a03、a13、a04。然后将a00、a01、a02和a03作为超前牛顿差值的系数，将a00、a01、a02、a03和a04作为超前牛顿差值的系数。
根据本发明的一个实施例，通过下述公式确定牛顿插值的分项数据：
λ0＝t-0
λ1＝λ0(t-1T)
λ2＝λ0λ1(t-2T)
λ3＝λ0λ1λ2(t-3T)
...
λn-1＝λ0λ1λ2...λn-2(t-(n-2)T)
其中，λ0、λ1、…、λn-1分别表示牛顿插值的分项数据，T表示采样周期，t表示超前相位补偿定值或者滞后相位补偿定值。
具体而言，当超前相位补偿定值为2.5T，滞后相位补偿定值为3.5T时，将t＝2.5T，n＝3代入上述公式，可以确定超前相位补偿定值为2.5T的牛顿插值的分项数据为：
λ0＝t-0
λ1＝λ0(2.5T-1T)
λ2＝λ0λ1(2.5T-2T)
将t＝3.5T，n＝4代入上述公式，可以确定滞后相位补偿定值为3.5T的牛顿插值的分项数据为：
λ0＝t-0
λ1＝λ0(3.5T-1T)
λ2＝λ0λ1(3.5T-2T)
λ3＝λ0λ1λ2(3.5T-3T)
S33，根据牛顿插值的相应系数和分项数据确定牛顿插值多项式。
根据本发明的一个实施例，通过下述公式确定牛顿插值多项式f(t)：
f(t)＝a00+a01*λ0+a02*λ1+a03*λ2+...+a0n*λn-1
其中，a00、a01、…、a0n分别表示牛顿插值的相应系数，λ0、λ1、…、λn-1分别表示牛顿插值的分项数据。
具体而言，当超前相位补偿定值为2.5T时，将n＝3代入上述公式，可以得到3阶牛顿插值多项式f3(t)为：
f3(t)＝a00+a01*λ0+a02*λ1+a03*λ2
将上述实施例中计算得到的超前牛顿插值的系数和牛顿插值的分项数据带入f3(t)，即可得到3阶牛顿差值多项式。
当滞后相位补偿定值为3.5T时，将n＝4代入上述公式，可以得到4阶牛顿插值多项式f4(t)为：
f4(t)＝a00+a01*λ0+a02*λ1+a03*λ2+a04λ3
将此前求得的4阶牛顿插值的相应系数和牛顿插值的分项数据代入上述公式，即可得到4阶牛顿插值多项式。
S4，根据牛顿插值多项式、超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定相位补偿后的采样值。
具体地，将超前相位补偿定值2.5T代入牛顿插值多项式f3(t)中，可以得到超前相位补偿后的采样值为f3(2.5T)；将滞后相位补偿定值3.5T代入牛顿插值多项式f4(t)可以得到滞后相位补偿后的采样值为f4(3.5T)。
需要说明的是，牛顿插值法的特点在于：每增加一个点，不会导致之前的重新计算，只需要计算和新增点有关的就可以了。具体到本申请，当需要计算一个新增采样点的采样值时，只需要进行与新增采样点有关的计算，简化了计算，加快了计算速度。
在本发明的一个实施例中，电能计量芯片通过ADC采样单元采集电力系统的电压值和电流值，并将采集的电压值和电流值存储至ADC数据缓存单元中，在进行相位补偿时，直接通过ADC数据缓存单元获取电压值和电流值。
综上，本申请采用牛顿插值进行相位补偿后极大提高了相位补偿的精度和准确性，特别是在具有谐波处理功能计量芯片中，极大的降低了计量芯片对于ADC采样单元的要求，可以采取不需要ADC采样单元中进行相位补偿的方式，而是采用对于ADC输出的数据进行相位补偿的方式，从而极大的降低了ADC采样单元的设计制造难度。
综上所述，根据本发明实施例的电能计量芯片的相位补偿方法，首先获取超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值，然后根据超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定标准采样点和总采样点数，再根据超前相位补偿定值、滞后相位补偿定值和总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值多项式，最后根据牛顿插值多项式、超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定相位补偿后的采样值。由此，该方法采用牛顿插值的特性，根据相位补偿定值的范围确定牛顿差值多项式，以对相位进行补偿，优化了电能计量芯片的计算效率和速度，提高了相位补偿的精度和准确度。
对应上述实施例，本发明还提出了一种电能计量芯片的相位补偿装置。
图3为根据本发明实施例的电能计量芯片的相位补偿装置的方框示意图。
如图3所示，本发明实施例的电能计量芯片的相位补偿装置，可包括：获取模块10、第一确定模块20、第二确定模块30和相位补偿模块40。
其中，获取模块10用于获取超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值。第一确定模块20用于根据超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定标准采样点和总采样点数。第二确定模块30用于根据超前相位补偿定值、滞后相位补偿定值和总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值多项式。相位补偿模块40用于根据牛顿插值多项式、超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定相位补偿后的采样值。
根据本发明的一个实施例，第二确定模块30根据超前相位补偿定值、滞后相位补偿定值和总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值多项式，具体用于：根据超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定超前插值阶数和滞后插值阶数；根据超前插值阶数、滞后插值阶数和总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值的相应系数和分项数据；根据牛顿插值的相应系数和分项数据确定牛顿插值多项式。
根据本发明的一个实施例，第一确定模块20根据超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定标准采样点和总采样点数，具体用于：根据超前相位补偿定值确定标准采样点；根据超前相位补偿定值确定超前采样点数，并根据滞后相位补偿定值确定滞后采样点数；根据超前采样点数、滞后采样点数和标准采样点确定总采样点数。
根据本发明的一个实施例，第二确定模块30根据超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定超前插值阶数和滞后插值阶数，具体用于：根据超前采样点数确定超前插值阶数，并根据滞后采样点数确定滞后插值阶数。
根据本发明的一个实施例，第二确定模块30根据超前插值阶数、滞后插值阶数和总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值的相应系数，具体用于：获取牛顿插值的k阶差商值，其中，k为0,1,2，…，超前插值阶数或者滞后插值阶数；根据牛顿插值的k阶差商值确定牛顿插值的相应系数。
根据本发明的一个实施例，牛顿插值的k阶差商值根据以下公式进行表达：
牛顿插值的零阶差商值为：
a00＝f(0)；
牛顿插值的一阶差商值为：
Figure BDA0003297323900000131
牛顿插值的二阶差商值为：
Figure BDA0003297323900000141
牛顿插值的三阶差商值为：
Figure BDA0003297323900000142
牛顿插值的n阶差商值为：
a0n＝(a1(n-1)-a0(n-1))/(nT-0)；
其中，a00、a01、…、a0n分别表示牛顿插值的相应系数，T表示采样周期，a11表示第二个采样点与第一个采样点的一阶差商值，a21表示第三个采样点与第二个采样点的一阶差商值，…，a(n-1)1表示在第n个采样点与第n-1个采样点的一阶差商值，a12表示第二个采样点与第一个采样点的二阶差商值，a22表示第三个采样点与第二个采样点的二阶差商值，…，a(n-2)2表示在第n个采样点与第n-1个采样点的二阶差商值，a13表示第二个采样点与第一个采样点的三阶差商值，a23表示第三个采样点与第二个采样点的三阶差商值，…，a(n-3)3表示在第n个采样点与第n-1个采样点的三阶差商值。
根据本发明的一个实施例，第二确定模块30通过下述公式确定牛顿插值的分项数据：
λ0＝t-0
λ1＝λ0(t-1T)
λ2＝λ0λ1(t-2T)
λ3＝λ0λ1λ2(t-3T)
...
λn-1＝λ0λ1λ2...λn-2(t-(n-2)T)
其中，λ0、λ1、…、λn-1分别表示牛顿插值的分项数据，T表示采样周期，t表示超前相位补偿定值或者滞后相位补偿定值。
根据本发明的一个实施例，第二确定模块30通过下述公式确定牛顿插值多项式f(t)：
f(t)＝a00+a01*λ0+a02*λ1+a03*λ2+...+a0n*λn-1
其中，a00、a01、…、a0n分别表示牛顿插值的相应系数，λ0、λ1、…、λn-1分别表示牛顿插值的分项数据。
根据本发明的一个实施例，获取模块10获取超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值，具体用于：获取超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值均为零时的电压相位和电流相位；根据电压相位和电流相位之间的相位差确定超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值。
需要说明的是，本发明实施例的电能计量芯片的相位补偿装置中未披露的细节，请参照本发明实施例的电能计量芯片的相位补偿方法中所披露的细节，具体这里不再赘述。
根据本发明实施例的电能计量芯片的相位补偿装置，首先通过获取模块获取超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值，然后通过第一确定模块根据超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定标准采样点和总采样点数，再通过第二确定模块根据超前相位补偿定值、滞后相位补偿定值和总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值多项式，最后由相位补偿模块根据牛顿插值多项式、超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值确定相位补偿后的采样值。由此，该装置采用牛顿插值的特性，根据相位补偿定值的范围确定牛顿差值多项式，以对相位进行补偿，优化了电能计量芯片的计算效率和速度，提高了相位补偿的精度和准确度。
对应上述实施例，本发明还提出了一种计算机可读存储介质。
本发明实施例的计算机可读存储介质，其上存储有电能计量芯片的相位补偿程序，该电能计量芯片的相位补偿程序被处理器执行时实现上述实施例的电能计量芯片的相位补偿方法。
根据本发明实施例的计算机可读存储介质，通过执行上述的电能计量芯片的相位补偿方法，能够优化电能计量芯片的计算效率和速度，提高相位补偿的精度和准确度。
对应上述实施例，本发明还提出了一种电能计量芯片。
如图4所示，本发明实施例的电能计量芯片100，包括存储器110、处理器120及存储在存储器110上并可在处理器120上运行的电能计量芯片的相位补偿程序，处理器120执行电能计量芯片的相位补偿程序时，实现根上述实施例的电能计量芯片的相位补偿方法。
根据本发明实施例的电能计量芯片，通过执行上述的电能计量芯片的相位补偿方法，能够优化电能计量芯片的计算效率和速度，提高相位补偿的精度和准确度。
需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (20)

1.一种电能计量芯片的相位补偿方法，其特征在于，包括：
获取超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值；
根据所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定标准采样点和总采样点数；
根据所述超前相位补偿定值、所述滞后相位补偿定值和所述总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值多项式；
根据所述牛顿插值多项式、所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定相位补偿后的采样值。
2.根据权利要求1所述的电能计量芯片的相位补偿方法，其特征在于，根据所述超前相位补偿定值、所述滞后相位补偿定值和所述总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值多项式，包括：
根据所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定超前插值阶数和滞后插值阶数；
根据所述超前插值阶数、所述滞后插值阶数和所述总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值的相应系数和分项数据；
根据所述牛顿插值的相应系数和分项数据确定所述牛顿插值多项式。
3.根据权利要求1所述的电能计量芯片的相位补偿方法，其特征在于，根据所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定标准采样点和总采样点数，包括：
根据所述超前相位补偿定值确定所述标准采样点；
根据所述超前相位补偿定值确定超前采样点数，并根据所述滞后相位补偿定值确定滞后采样点数；
根据所述超前采样点数、所述滞后采样点数和所述标准采样点确定所述总采样点数。
4.根据权利要求3所述的电能计量芯片的相位补偿方法，其特征在于，根据所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定超前插值阶数和滞后插值阶数，包括：
根据所述超前采样点数确定所述超前插值阶数，并根据所述滞后采样点数确定所述滞后插值阶数。
5.根据权利要求2所述的电能计量芯片的相位补偿方法，其特征在于，根据所述超前插值阶数、所述滞后插值阶数和所述总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值的相应系数，包括：
获取所述牛顿插值的k阶差商值，其中，k为0,1,2，…，超前插值阶数或者滞后插值阶数；
根据所述牛顿插值的k阶差商值确定所述牛顿插值的相应系数。
6.根据权利要求5所述的电能计量芯片的相位补偿方法，其特征在于，所述牛顿插值的k阶差商值根据以下公式进行表达：
所述牛顿插值的零阶差商值为：
a00＝f(0)；
所述牛顿插值的一阶差商值为：
a01＝(f(1T)-f(0))/(1T-0)
a11＝(f(2T)-f(1T))/(2T-1T)
a21＝(f(3T)-f(2T))/(3T-2T)；
...
a(n-1)1＝(f(nT)-f((n-1)T))/(nT-(n-1)T)
所述牛顿插值的二阶差商值为：
a02＝(a11-a01)/(2T-0)
a12＝(a21-a11)/(3T-1T)
a22＝(a31-a21)/(4T-2T)；
...
a(n-2)2＝(a(n-1)1-a(n-2)1)/(nT-(n-2)T)
所述牛顿插值的三阶差商值为：
a03＝(a22-a02)/(3T-0)
a13＝(a32-a12)/(4T-1T)
a23＝(a42-a22)/(5T-2T)；
...
a(n-3)3＝(a(n-2)2-a(n-3)2)/(nT-(n-3)T)
所述牛顿插值的n阶差商值为：
a0n＝(a1(n-1)-a0(n-1))/(nT-0)；
其中，a00、a01、…、a0n分别表示所述牛顿插值的相应系数，T表示采样周期，a11表示第二个采样点与第一个采样点的一阶差商值，a21表示第三个采样点与第二个采样点的一阶差商值，…，a(n-1)1表示在第n个采样点与第n-1个采样点的一阶差商值，a12表示第二个采样点与第一个采样点的二阶差商值，a22表示第三个采样点与第二个采样点的二阶差商值，…，a(n-2)2表示在第n个采样点与第n-1个采样点的二阶差商值，a13表示第二个采样点与第一个采样点的三阶差商值，a23表示第三个采样点与第二个采样点的三阶差商值，…，a(n-3)3表示在第n个采样点与第n-1个采样点的三阶差商值。
7.根据权利要求2所述的电能计量芯片的相位补偿方法，其特征在于，通过下述公式确定所述牛顿插值的分项数据：
λ0＝t-0
λ1＝λ0(t-1T)
λ2＝λ0λ1(t-2T)
λ3＝λ0λ1λ2(t-3T)
...
λn-1＝λ0λ1λ2...λn-2(t-(n-2)T)
其中，λ0、λ1、…、λn-1分别表示所述牛顿插值的分项数据，T表示采样周期，t表示所述超前相位补偿定值或者所述滞后相位补偿定值。
8.根据权利要求2所述的电能计量芯片的相位补偿方法，其特征在于，通过下述公式确定所述牛顿插值多项式f(t)：
f(t)＝a00+a01*λ0+a02*λ1+a03*λ2+...+a0n*λn-1
其中，a00、a01、…、a0n分别表示所述牛顿插值的相应系数，λ0、λ1、…、λn-1分别表示所述牛顿插值的分项数据。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的电能计量芯片的相位补偿方法，其特征在于，获取超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值，包括：
获取所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值均为零时的电压相位和电流相位；
根据所述电压相位和电流相位之间的相位差确定所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值。
10.一种电能计量芯片的相位补偿装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值；
第一确定模块，用于根据所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定标准采样点和总采样点数；
第二确定模块，用于根据所述超前相位补偿定值、所述滞后相位补偿定值和所述总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值多项式；
相位补偿模块，用于根据所述牛顿插值多项式、所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定相位补偿后的采样值。
11.根据权利要求10所述的电能计量芯片的相位补偿装置，其特征在于，所述第二确定模块根据所述超前相位补偿定值、所述滞后相位补偿定值和所述总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值多项式，具体用于：
根据所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定超前插值阶数和滞后插值阶数；
根据所述超前插值阶数、所述滞后插值阶数和所述总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值的相应系数和分项数据；
根据所述牛顿插值的相应系数和分项数据确定所述牛顿插值多项式。
12.根据权利要求10所述的电能计量芯片的相位补偿装置，其特征在于，所述第一确定模块根据所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定标准采样点和总采样点数，具体用于：
根据所述超前相位补偿定值确定所述标准采样点；
根据所述超前相位补偿定值确定超前采样点数，并根据所述滞后相位补偿定值确定滞后采样点数；
根据所述超前采样点数、所述滞后采样点数和所述标准采样点确定所述总采样点数。
13.根据权利要求12所述的电能计量芯片的相位补偿装置，其特征在于，所述第二确定模块根据所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值确定超前插值阶数和滞后插值阶数，具体用于：
根据所述超前采样点数确定所述超前插值阶数，并根据所述滞后采样点数确定所述滞后插值阶数。
14.根据权利要求11所述的电能计量芯片的相位补偿装置，其特征在于，所述第二确定模块根据所述超前插值阶数、所述滞后插值阶数和所述总采样点数的每个采样点对应的采样值确定牛顿插值的相应系数，具体用于：
获取所述牛顿插值的k阶差商值，其中，k为0,1,2，…，超前插值阶数或者滞后插值阶数；
根据所述牛顿插值的k阶差商值确定所述牛顿插值的相应系数。
15.根据权利要求14所述的电能计量芯片的相位补偿装置，其特征在于，所述牛顿插值的k阶差商值根据以下公式进行表达：
所述牛顿插值的零阶差商值为：
a00＝f(0)；
所述牛顿插值的一阶差商值为：
a01＝(f(1T)-f(0))/(1T-0)
a11＝(f(2T)-f(1T))/(2T-1T)
a21＝(f(3T)-f(2T))/(3T-2T)；
...
a(n-1)1＝(f(nT)-f((n-1)T))/(nT-(n-1)T)
所述牛顿插值的二阶差商值为：
a02＝(a11-a01)/(2T-0)
a12＝(a21-a11)/(3T-1T)
a22＝(a31-a21)/(4T-2T)；
...
a(n-2)2＝(a(n-1)1-a(n-2)1)/(nT-(n-2)T)
所述牛顿插值的三阶差商值为：
a03＝(a22-a02)/(3T-0)
a13＝(a32-a12)/(4T-1T)
a23＝(a42-a22)/(5T-2T)；
...
a(n-3)3＝(a(n-2)2-a(n-3)2)/(nT-(n-3)T)
所述牛顿插值的n阶差商值为：
a0n＝(a1(n-1)-a0(n-1))/(nT-0)；
其中，a00、a01、…、a0n分别表示所述牛顿插值的相应系数，T表示采样周期，a11表示第二个采样点与第一个采样点的一阶差商值，a21表示第三个采样点与第二个采样点的一阶差商值，…，a(n-1)1表示在第n个采样点与第n-1个采样点的一阶差商值，a12表示第二个采样点与第一个采样点的二阶差商值，a22表示第三个采样点与第二个采样点的二阶差商值，…，a(n-2)2表示在第n个采样点与第n-1个采样点的二阶差商值，a13表示第二个采样点与第一个采样点的三阶差商值，a23表示第三个采样点与第二个采样点的三阶差商值，…，a(n-3)3表示在第n个采样点与第n-1个采样点的三阶差商值。
16.根据权利要求11所述的电能计量芯片的相位补偿装置，其特征在于，所述第二确定模块通过下述公式确定所述牛顿插值的分项数据：
λ0＝t-0
λ1＝λ0(t-1T)
λ2＝λ0λ1(t-2T)
λ3＝λ0λ1λ2(t-3T)
...
λn-1＝λ0λ1λ2...λn-2(t-(n-2)T)
其中，λ0、λ1、…、λn-1分别表示所述牛顿插值的分项数据，T表示采样周期，t表示所述超前相位补偿定值或者所述滞后相位补偿定值。
17.根据权利要求11所述的电能计量芯片的相位补偿装置，其特征在于，所述第二确定模块通过下述公式确定所述牛顿插值多项式f(t)：
f(t)＝a00+a01*λ0+a02*λ1+a03*λ2+...+a0n*λn-1
其中，a00、a01、…、a0n分别表示所述牛顿插值的相应系数，λ0、λ1、…、λn-1分别表示所述牛顿插值的分项数据。
18.根据权利要求10-17中任一项所述的电能计量芯片的相位补偿装置，其特征在于，所述获取模块获取超前相位补偿定值和滞后相位补偿定值，具体用于：
获取所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值均为零时的电压相位和电流相位；
根据所述电压相位和电流相位之间的相位差确定所述超前相位补偿定值和所述滞后相位补偿定值。
19.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有电能计量芯片的相位补偿程序，该电能计量芯片的相位补偿程序被处理器执行时实现根据权利要求1-9中任一项所述的电能计量芯片的相位补偿方法。
20.一种电能计量芯片，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的电能计量芯片的相位补偿程序，所述处理器执行所述电能计量芯片的相位补偿程序时，实现根据权利要求1-9中任一项所述的电能计量芯片的相位补偿方法。
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