CN116754831B - 应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及低压配电检测技术领域，实施例提供了一种应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法及装置。其中，一种应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法包括：获取待测信号对应的矩形波信号，根据所述矩形波信号中电平的时序和持续时间得到持续时间序列；采用倒序方式搜索所述持续时间序列，以前两个大于预设持续时长的低电平分别作为第一特征点和第二特征点；累加所述持续时间序列中所述第二特征点之后至所述第一特征点的持续时间的值，以累加值作为所述待测信号的周期；根据所述待测信号的周期得到所述待测信号的频率。本发明提供的实施方式具有频率测量快速准确和实时性好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及低压配电检测技术领域，具体地涉及一种应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法、一种应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量装置、一种电子设备以及对应的存储介质。
背景技术
现有测量电网频率的方法主要有两类。第一类是时域方法，采用计算两个过零点的时间差，求解周期信号的频率，频率精度主要受限于过零点的精准时刻，由于电网线路间互感的影响、分布电容相互干扰以及工频干扰等产生的噪声的存在，过零点精准判断受到限制；其次是频率精度受限于电网信号可能会由于谐波干扰而发生畸变、过零点波动，采用过零点计算频率会出现错误。第二类是频域方法，采用FFT谱分析技术计算电网频率，此方法缺点是对采样要求较高，需要跟踪信号频率变化，进行整周期采样，如果不进行整周期采样，需要采用加窗插值的方式，避免频率泄露问题。但是这种方式计算量较大，对MCU（微处理器）的主频有较高的要求，并且需要采集多个周期的数据才能进行一次运算，实时性较差，不适合孤岛保护这种对实时性要求较高的要求。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法及装置，通过由运算放大器组成的过零比较电路，将电网同频率的交流信号转换成高低电平方波信号，通过对高电平低电平组成的时间序列进行分析，计算出电网信号的周期，从而计算出电网频率值，同时，通过对电网信号受谐波干扰的特性进行研究，得到被谐波干扰后时间序列的特征，以该特征序列为基础进行相应的算法处理，从而得到抗谐波干扰的精确频率值，以至少解决背景技术中的部分问题。
为了实现上述目的，在本发明中提供了一种应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法，该方法包括：获取待测信号对应的矩形波信号，根据所述矩形波信号中电平的时序和持续时间得到持续时间序列；采用倒序方式搜索所述持续时间序列，以前两个大于预设持续时长的低电平的持续时间分别作为第一特征点和第二特征点；累加所述持续时间序列中所述第二特征点之后至所述第一特征点的持续时间的值，以累加值作为所述待测信号的周期；根据所述待测信号的周期得到所述待测信号的频率。
优选地，获取待测信号对应的矩形波信号，包括：通过将所述待测信号输入过零比较电路得到对应的矩形波信号；所述过零比较电路包括：电压比较器，所述电压比较器根据所述待测信号与基准电压的高低比较结果输出对应的高低电平，所述高低电平即为所述对应的矩形波信号。
优选地，所述过零比较电路中还包括：设置于所述电压比较器的待测信号输入端的滤波电容和滤波电阻；设置于所述电压比较器输出端的滤波电容和滤波电阻。
优选地，所述过零比较电路中还包括滞回电阻，所述滞回电阻设置于所述电压比较器输出端和基准电压输入端之间。
优选地，所述待测信号为单相交流电压信号或者所述待测信号为多相交流电压信号中的一路交流电压信号。
优选地，所述过零比较电路为多组，所述过零比较电路的组数根据所述多相交流电压信号的电压相数进行确定。
优选地，所述预设持续时长根据信号毛刺的统计时长或者根据设置于所述电压比较器的待测信号输入端的滤波电容和滤波电阻的参数进行确定。
优选地，所述矩形波信号中的电平的持续时间通过以下步骤确定：将所述矩形波信号输入定时器输入捕获模式下的微处理器中，读取所述微处理器在检测到所述矩形波信号的有效边沿而中断时的计数器的值；以读取的计数器的值作为所述持续时间。
优选地，所述方法还包括：根据所述微处理器获取所述持续时间的处理耗时对获取的所述持续时间进行补偿。
优选地，根据所述持续时间所对应的电平是否过零点，分别采用第一补偿时间和第二补偿时间对获取的所述持续时间进行补偿。
优选地，所述持续时间所对应的电平是否过零点是根据所述持续时间是否大于所述预设持续时长进行确定。
优选地，所述第一补偿时间和所述第二补偿时间通过采用相同场景下的历史数据进行标定后得到。
优选地，所述方法还包括：在采用倒序方式搜索所述持续时间序列，以前两个大于预设持续时长的低电平的持续时间分别作为第一特征点和第二特征点之后，继续搜索得到若干个大于预设持续时长的低电平的持续时间，与所述第一特征点、第二特征点组成特征点集合；对应地，累加所述持续时间序列中所述第二特征点之后至所述第一特征点的持续时间的值，以累加值作为所述待测信号的周期的步骤被替换为：在所述特征点集合中选择两个特征点，根据两个特征点在所述持续时间序列中的时序区分为前一特征点和后一特征点；累加所述持续时间序列中所述前一特征点之后至所述后一特征点的持续时间的值，以累加值作为所述两个特征点对应的待测信号的周期；重复以上的特征点选择步骤和累加值计算步骤，得到所述特征点集合中多种组合所对应的待测信号的周期；以得到的待测信号的周期的均值作为所述待测信号的周期。
优选地，继续搜索得到的大于预设持续时长的低电平的持续时间的数量根据应用场景中的实时性要求和计算精度要求进行确定。
在本发明中还提供了一种应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量装置，该装置包括：序列确定模块，用于获取待测信号对应的矩形波信号，根据所述矩形波信号中电平的时序和持续时间得到持续时间序列；特征搜索模块，用于采用倒序方式搜索所述持续时间序列，以前两个大于预设持续时长的低电平的持续时间分别作为第一特征点和第二特征点；周期计算模块，用于累加所述持续时间序列中所述第二特征点之后至所述第一特征点的持续时间的值，以累加值作为所述待测信号的周期；以及频率计算模块，用于根据所述待测信号的周期得到所述待测信号的频率。
优选地，获取待测信号对应的矩形波信号，包括：通过将所述待测信号输入过零比较电路得到对应的矩形波信号；所述过零比较电路包括：电压比较器，所述电压比较器根据所述待测信号与基准电压的高低比较结果输出对应的高低电平，所述高低电平即为所述对应的矩形波信号。
优选地，所述过零比较电路中还包括：设置于所述电压比较器的待测信号输入端的滤波电容和滤波电阻；设置于所述电压比较器输出端的滤波电容和滤波电阻。
优选地，所述过零比较电路中还包括滞回电阻，所述滞回电阻设置于所述电压比较器输出端和基准电压输入端之间。
优选地，所述待测信号为单相交流电压信号或者所述待测信号为多相交流电压信号中的一路交流电压信号。
优选地，所述过零比较电路为多组，所述过零比较电路的组数根据所述多相交流电压信号的电压相数进行确定。
优选地，所述预设持续时长根据信号毛刺的统计时长或者根据设置于所述电压比较器的待测信号输入端的滤波电容和滤波电阻的参数进行确定。
优选地，所述矩形波信号中的电平的持续时间通过以下步骤确定：将所述矩形波信号输入定时器输入捕获模式下的微处理器中，读取所述微处理器在检测到所述矩形波信号的有效边沿而中断时的计数器的值；以读取的计数器的值作为所述持续时间。
优选地，所述装置还包括误差补偿模块，所述误差补偿模块用于根据所述微处理器获取所述持续时间的处理耗时对获取的所述持续时间进行补偿。
优选地，根据所述持续时间所对应的电平是否过零点，分别采用第一补偿时间和第二补偿时间对获取的所述持续时间进行补偿。
优选地，所述持续时间所对应的电平是否过零点是根据所述持续时间是否大于所述预设持续时长进行确定。
优选地，所述第一补偿时间和所述第二补偿时间通过采用相同场景下的历史数据进行标定后得到。
优选地，所述电平搜索模块还用于：在采用倒序方式搜索所述持续时间序列，以前两个大于预设持续时长的低电平的持续时间分别作为第一特征点和第二特征点之后，继续搜索得到若干个大于预设持续时长的低电平的持续时间，与所述第一特征点、第二特征点组成特征点集合；对应地，所述周期计算模块的功能被替换为：在所述特征点集合中选择两个特征点，根据两个特征点在所述持续时间序列中的时序区分为前一特征点和后一特征点；累加所述持续时间序列中所述前一特征点之后至所述后一特征点的持续时间的值，以累加值作为所述两个特征点对应的待测信号的周期；重复以上的特征点选择步骤和累加值计算步骤，得到所述特征点集合中多种组合所对应的待测信号的周期；以得到的待测信号的周期的均值作为所述待测信号的周期。
优选地，继续搜索得到的大于预设持续时长的低电平的持续时间的数量根据应用场景中的实时性要求和计算精度要求进行确定。
在本发明中还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；存储器，与所述至少一个处理器连接；其中，所述存储器存储有能被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令实现前述的应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法的步骤。
在本发明中还提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令在被处理器执行时使得处理器被配置成执行实现前述的应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法的步骤。
在本发明中还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现前述的应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法的步骤。
上述技术方案具有以下有益效果：
（1）本发明实施方式提出的方案针对谐波干扰的问题，通过过零比较硬件电路和时间序列搜索算法相结合的方式，实现了抗谐波干扰。相比于硬件滤波的方式节省了大量成本，相比于软件滤波的方式节省了算力、提高了实时性。
（2）针对低压智能断路器中防孤岛保护频率检测的需求，通过对经过过零比较电路后的信号序列进行分析，搜索特征点的方法，实现了频率的快速、准确测量。因此非常适合低压智能断路器这种对成本敏感，同时对抗干扰性和实时性要求较高的应用场景。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1示意性示出了根据本发明实施方式的应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法的步骤示意图；
图2示意性示出了根据本发明实施方式中矩形波信号与体现电平特征的时间序列的对应关系图；
图3示意性示出了根据本发明实施方式中无谐波干扰情况下的波形信号示意图；
图4示意性示出了根据本发明实施方式中应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法的实施示意图；
图5示意性示出了过零比较电路的电路结构示意图；
图6示意性示出了根据本发明实施方式中有谐波干扰情况下的波形信号示意图；
图7示意性示出了根据本发明实施方式的应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
图1示意性示出了根据本发明实施方式的应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法的步骤示意图。如图1所示，一种应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法，该方法包括：
S01、获取待测信号对应的矩形波信号，根据所述矩形波信号中电平的时序和持续时间得到持续时间序列；
S02、采用倒序方式搜索所述持续时间序列，以前两个大于预设持续时长的低电平的持续时间分别作为第一特征点和第二特征点；
S03、累加所述持续时间序列中所述第二特征点之后至所述第一特征点的持续时间的值，以累加值作为所述待测信号的周期；
S04、根据所述待测信号的周期得到所述待测信号的频率。
通过以上实施方式，采用时间序列搜索算法对待测信号对应的矩形波信号进行处理，实现了抗谐波干扰。相比于硬件滤波的方式节省了大量成本，相比于软件滤波的方式节省了算力、提高了实时性。
本实施方式针对低压智能断路器中防孤岛保护频率检测的需求，针对特征点进行响应的处理，实现了频率的快速准确地测量。尤其适合智能断路器这种对成本敏感，同时对抗干扰性和实时性要求较高的应用场景。
具体的，在步骤S01中，矩形波信号由一系列的高低电平所组成。按照电平的时序，即时间先后顺序，取m个电平V 1、V 2、…、V n、V n+1、…、V m，组成具有时序关系的电平序列。并根据电平序列中的每一电平的持续时间得到对应的持续时间序列。即：电平V 1的持续时间为t 1，V n的持续时间为t n，V m的持续时间为t m。由此得到持续时间序列t 1、t 2、…、t n、t n+1、…、t m。
在步骤S02中，采用倒序方式对所述持续时间序列进行分析。即以t m开始，由后往前搜索。当搜索到t m-p1，其满足t m-p1>T V且t m-p1对应的电平为低电平时，记t m-p1为第一特征点。同理，当继续搜索到t m-p2，其t m-p2>T V且满足t m-p2对应的电平为低电平时时，记t m-p1为第二特征点。此处的T V为预设持续时长，为了避免极低持续时间的电平对计算结果的干扰，该T V优选为6ms。
在采用计算机程序处理该持续时间序列时，需要同时判断t n的值的大小和对应的电平高低。但是持续时间均为正值，因此持续时间序列上无法体现高低电平。因此引入一个体现电平特征的时间序列X n，以便于程序处理。
该体现电平特征的时间序列为：X 1、X 2、…、X n、X n+1、…、X m。当t n时间段为高电平时，X 1>0，当t n时间段为低电平时，X 1≤0。其与前述的持续时间序列具有如下对应关系：t n=|X n|。该m个电平的时间序列所包含的周期T d的个数为p。图2示意性示出了根据本发明实施方式中矩形波信号与体现电平特征的时间序列的对应关系图。如图2所示，矩形波信号中的电平的持续时间分别为：t 1、t 2、…、t n、t n+1、…、t m，最终得到的体现电平特征的时间序列：X 1、X 2、…、X n、X n+1、…、X m。其中X n对应的箭头的方向代表了此处电平的高低，箭头的长度代表了此处持续时间的值的大小。
对应地，对该时间序列的处理过程如下：倒序方式即以X m开始，由后往前搜索。当搜索到X m-p1，其满足X m-p1<0且|X m-p1|>T V时，记X m-p1为第一特征点。同理，当继续搜索到X m-p2，其满足X m-p2<0且|X m-p2|>T V时，记X m-p1为第二特征点。此处的T V为预设持续时长，为了避免极低持续时间的电平对计算结果的干扰，该T V优选为6ms。
在步骤S03中，在确定了两个特征点后，通过以下计算公式计算待测信号的周期：
其中，T d为待测信号的周期；|X n|为计算X n的绝对值。
通过以上实施方式，通过对特征点的搜索，实现了对信号周期的快速计算。
在一些可选实施方式中，根据所述待测信号的周期得到所述待测信号的频率，包括：F d=K/T d，其中，K为与精度相关的系数，频率计算结果保留两位小数，且为了方便程序运算，可取K为100000000。
图3示意性示出了根据本发明实施方式中无谐波干扰情况下的波形信号示意图；其上下波形图分别表示电压信号与经过过零比较电路后的矩形波信号。设其周期为T N，高电平时间为t h，低电平时间为t l，为了保证较高的精度，时间相关的单位优选采用微秒。此时F d=K/（t h+t l），示例性地，当t h为10050（微秒），t l为9900（微秒）时，则此时计算出的F d取整后为5012，即频率为50.12Hz。
图4示意性示出了根据本发明实施方式中应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法的实施示意图。图中主要示意出了在从m个持续时间特征点的序列中搜索出两个特征点的程序实现过程，以及最终根据特征点1和特征点2计算得到T d，进而得到待测信号的频率F d的过程。
在本发明提供的实施方式中，获取待测信号对应的矩形波信号，包括：通过将所述待测信号输入过零比较电路得到对应的矩形波信号；所述过零比较电路包括：电压比较器，所述电压比较器根据所述待测信号与基准电压的高低比较结果输出对应的高低电平，所述高低电平即为所述对应的矩形波信号。图5示意性示出了过零比较电路的电路结构示意图。如图5所示，图中的运算放大器优选为TP6004低功耗运算放大器，此处被用作电压比较器。电压比较器的同向输入设置为参考电压VREF，其中VREF优选为1.5V。当比较器反相输入的待测信号电压值小于基准电压VREF时，过零比较电路输出高电平VCC，其中VCC为3.3V；当输入信号电压值大于基准电压VREF时，过零比较电路输出低电平。
在本发明提供的可选实施方式中，所述过零比较电路中还包括：设置于所述电压比较器的待测信号输入端的滤波电容和滤波电阻；设置于所述电压比较器输出端的滤波电容和滤波电阻。同样参见图5，以过零比较电路ZCC_A为例，滤波电容C1和滤波电阻R2设置于电压比较器的待测信号输入端，滤波电容C3和滤波电阻R5设置于电压比较器输出端。以上设置用于减少过零比较电路的干扰，从而提高频率测量的准确性。
在本发明提供的可选实施方式中，过零比较电路中还包括滞回电阻R4，该滞回电阻R4设置于所述电压比较器输出端和基准电压输入端之间。滞回电阻也称为正反馈电阻，使电路具有了滞回特性。通过调节滞回电阻R4的大小，可以调节滞回的深浅。
在本发明提供的可选实施方式中，所述待测信号为单相交流电压信号或者所述待测信号为多相交流电压信号中的一路交流电压信号。前述的实施方式适用于单相交流电压信号和多相交流信号。以市电的三相交流电为例，其三路电压分别为：UA、UB、UC，图3中的UA+、UB+、UC+分别为UA、UB、UC经过电阻分压后得到交流电压信号，即为前述的待测信号。若待测信号为单相交流电压信号，则将其输入电容C1提供的输入端即可。
在本发明提供的可选实施方式中，所述过零比较电路为多组，所述过零比较电路的组数根据所述多相交流电压信号的电压相数进行确定。同样如图5所示，以三相市电为例，三组过零比较电路ZCC_A、ZCC_B、ZCC_C组成过零检测模块。三路电压UA、UB、UC经过电阻分压后转换为UA+、UB+、UC+三路交流电压信号。每一路交流电压信号经对应的过零比较电路处理后输入对应的时间序列检测模块。在本实施方式中，时间序列检测模块为MCU。三路处理后得到的矩形波信号分别输入该MCU的不同输入端。
在本发明提供的实施方式中，所述预设持续时长根据信号毛刺的统计时长或者根据设置于所述电压比较器的待测信号输入端的滤波电容和滤波电阻的参数进行确定。图6示意性示出了根据本发明实施方式中有谐波干扰情况下的波形信号示意图。如图6所示，当电网受到高谐波含有率的高次谐波引起的干扰时，电压原本的正弦信号会叠加锯齿状信号，经过过零比较电路后，会在过零点附近形成多个脉冲宽度很短的高低电平。为了消除这些脉冲宽度极短的高低电平对于计算的影响，需要对其进行滤除，因此设置有预设持续时长，后续计算仅以大于预设持续时间的电平进行处理。本实施方式提供了两种可以确定预设持续时长的方法，优选的，该预设持续时长取值为6ms。图中的t v1、t v2、t v3为大于预设持续时间的持续时间，T d1、T d2为该电压信号的周期。
在本发明提供的实施方式中，所述矩形波信号中的电平的持续时间通过以下步骤确定：将所述矩形波信号输入定时器输入捕获模式下的微处理器中，读取所述微处理器在检测到所述矩形波信号的有效边沿而中断时的计数器的值；以读取的计数器的值作为所述持续时间。以常用的STM32系列微处理器为例，当该输入捕获模式下，当捕获单元捕捉到外部信号的有效边沿(上升沿/下降沿/双边沿)时，将计数器的当前值锁存到捕获/比较寄存器TIMx_CCR，供用户读取。本实施方式具有易于实施的优点，但是其也存在微处理器的处理延迟，此误差将在后文中予以考虑和处理。
在本发明提供的实施方式中，所述方法还包括：根据所述微处理器获取所述持续时间的处理耗时对获取的所述持续时间进行补偿。由于在采用微处理器计算电平的持续时长时，采用在中断处理程序中用定时器进行计时，任务调度或保护现场等指令会消耗一定时间，因此用定时器测得的持续时间小于实际的时间，存在有误差，因此需要对应进行补偿。由于微处理器响应中断请求的时间受任务调度的影响，因此该误差具有非固定性。为了减少该误差对频率计算精度的影响，并针对该误差具有非固定性的特点，因此可采用动态补偿的方法。
可选地，具体补偿方法包括：根据所述持续时间所对应的电平是否过零点，分别采用第一补偿时间和第二补偿时间对获取的所述持续时间进行补偿。由实际情况可知，当待测信号存在谐波干扰时，在过零点处电平持续时间短，一般为0.2ms-0.35ms，而在非过零点处电平持续时间较长，一般大于8.5ms，而前述的持续时间误差一般为0.01-0.015ms。可见该误差对过零点附近的电平影响较大，而对非过零点电平影响相对较小，因此需要对于是否过零点分别进行补偿，该补偿措施的差异主要体现在补偿时间上。
本实施方式中提供了对于是否过零点的判断方式。所述持续时间所对应的电平是否过零点是根据所述持续时间是否大于所述预设持续时长进行确定。当持续时间小于预设持续时长时，采用第一补偿时间进行补偿，当持续时间不小于预设持续时长时，采用第二补偿时间进行补偿。具体的计算过程如下：
令补偿前后的持续时间分别为t’ n和t n，补偿时间为t c，则有：t’ n=t n+t c；
以预设持续时长为T RES，则有：当t n<T RES时，t c=T CZ；当t n≥T RES时，t c=T CNZ。T CZ、T CNZ分别为第一补偿时间和第二补偿时间。
此时前述的T d的计算公式变为：
其中，T’ d为经补偿修正后的待测信号的周期。
在本发明提供的实施方式中，所述第一补偿时间和所述第二补偿时间通过采用相同场景下的历史数据进行标定后得到。具体的，在没有谐波干扰的情况下，假设标准频率为已知量，则根据计算值和标准频率之间的差值，采用多次计算求平均值方法，即可标定出第一补偿时间T CZ。加入高次谐波的情况下，同样假设标准频率为已知量，根据计算值和标准频率之间的差值，差值和采用多次计算求平均值方法，即可标定出第二补偿时间T CNZ。
示例性的，假定频率范围45Hz-55Hz，无谐波情况下，当T CZ为15微秒时，此时测得频率精度最高，数据如下：
在另一示例中，假定频率范围45Hz-55Hz，19、20次有20%的谐波含量，总谐波畸变率28.28%，当T CZ为15微秒时，T CNZ为17微秒时，此时测得频率精度最高，数据如下：
由上述实验数据中可以看出，经补偿时间进行动态补偿后的计算结果与设定值的误差极低。
为了提升计算精度，避免单次频率计算带来的随机误差，本发明中还提供了对多测量周期进行平均处理的实施方式。在本实施方式中，所述方法还包括：在采用倒序方式搜索所述持续时间序列，以前两个大于预设持续时长的低电平的持续时间分别作为第一特征点和第二特征点之后，继续搜索得到若干个大于预设持续时长的低电平的持续时间，与所述第一特征点、第二特征点组成特征点集合；对应地，累加所述持续时间序列中所述第二特征点之后至所述第一特征点的持续时间的值，以累加值作为所述待测信号的周期的步骤被替换为：在所述特征点集合中选择两个特征点，根据两个特征点在所述电平序列中的时序区分为前一特征点和后一特征点；累加所述持续时间序列中所述前一特征点之后至所述后一特征点所对应的持续时间的值，以累加值作为所述两个特征点对应的待测信号的周期；重复以上的特征点选择步骤和累加值计算步骤，得到所述特征点集合中多种组合所对应的待测信号的周期；以得到的待测信号的周期的均值作为所述待测信号的周期。
如前文可知，找到两个特征点即可得到一个持续时间序列，从而计算出一个待测信号的周期。如果选取的持续时间序列个数足够多，可以计算出多个测量周期的数据，多个测量周期的数据求取算数平均值即可提高计算出的待测信号的周期的精度。通过该方法，可减少电网线路间噪声干扰对频率检测的影响。计算示例如下：
在搜索到第一特征点和第二特征点之后，继续搜索得到第三特征点，此时特征点集合中包括了前述的三个特征点，其包括的基于时序的可能的特征点组合有三种，分别为<第三特征点，第二特征点>、<第三特征点，第一特征点>和<第二特征点，第一特征点>。当仅选择<第二特征点，第一特征点>这种组合进行计算时，将得到一个周期计算结果T d1，与前述的实施方式相同。本实施方式可以继续选择其他两种组合中的一种或两种，采用同样的方式计算得到T d2，或者是T d2和T d3，最终得到的T d1、 T d2的两个周期计算结果或者T d1、T d2、T d3的两个周期计算结果。以计算结果的均值作为所述待测信号的周期。
以上仅为继续搜索一个特征点的示例，实际上还可以根据需要继续搜索第四特征点、第五特征点等，以得到对应的特征点集合。并以前述同样的方式得到多个待测信号的周期。例如：假设计算出的所有周期分别为T d1、T d2、…、T dk、…、T dN，则通过以下方式得到所述待测信号的周期：
；
本实施方式中的均值计算步骤可以与前述的持续时间补偿步骤合并适用，以显著提高待测信号的周期的测量精度。
需要注意的时，当N取值较大时，虽然能够提升周期的计算精度，但是也会降低一定实时性，因此需要根据应用场景中的实时性要求和计算精度要求进行确定。优选地，N的取值为3。
通过以上实施例或实施方式，通过过零比较硬件电路和时间序列搜索算法相结合的方式，实现了抗谐波干扰，并具有抗干扰性好和实时性好的优点。
以上实施方式中的应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法，优选应用于低压智能断路器中防孤岛保护频率检测中，适合低压智能断路器这种对成本敏感，同时对抗干扰性和实时性要求较高的应用场景。
基于同一发明构思，本发明实施方式还提供了一种应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量装置。图7示意性示出了根据本发明实施方式的应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量装置的结构示意图。如图7所示，该装置包括：序列确定模块，用于获取待测信号对应的矩形波信号，根据所述矩形波信号中电平的时序和持续时间得到持续时间序列；特征搜索模块，用于采用倒序方式搜索所述持续时间序列，以前两个大于预设持续时长的低电平的持续时间分别作为第一特征点和第二特征点；周期计算模块，用于累加所述持续时间序列中所述第二特征点之后至所述第一特征点的持续时间的值，以累加值作为所述待测信号的周期；以及频率计算模块，用于根据所述待测信号的周期得到所述待测信号的频率。
在一些可选实施方式中，获取待测信号对应的矩形波信号，包括：通过将所述待测信号输入过零比较电路得到对应的矩形波信号；所述过零比较电路包括：电压比较器，所述电压比较器根据所述待测信号与基准电压的高低比较结果输出对应的高低电平，所述高低电平即为所述对应的矩形波信号。
在一些可选实施方式中，所述过零比较电路中还包括：设置于所述电压比较器的待测信号输入端的滤波电容和滤波电阻；设置于所述电压比较器输出端的滤波电容和滤波电阻。
在一些可选实施方式中，所述过零比较电路中还包括滞回电阻，所述滞回电阻设置于所述电压比较器输出端和基准电压输入端之间。
在一些可选实施方式中，所述待测信号为单相交流电压信号或者所述待测信号为多相交流电压信号中的一路交流电压信号。
在一些可选实施方式中，所述过零比较电路为多组，所述过零比较电路的组数根据所述多相交流电压信号的电压相数进行确定。
在一些可选实施方式中，所述预设持续时长根据信号毛刺的统计时长或者根据设置于所述电压比较器的待测信号输入端的滤波电容和滤波电阻的参数进行确定。
在一些可选实施方式中，所述矩形波信号中的电平的持续时间通过以下步骤确定：将所述矩形波信号输入定时器输入捕获模式下的微处理器中，读取所述微处理器在检测到所述矩形波信号的有效边沿而中断时的计数器的值；以读取的计数器的值作为所述持续时间。
在一些可选实施方式中，所述装置还包括误差补偿模块，所述误差补偿模块用于根据所述微处理器获取所述持续时间的处理耗时对获取的所述持续时间进行补偿。
在一些可选实施方式中，根据所述持续时间所对应的电平是否过零点，分别采用第一补偿时间和第二补偿时间对获取的所述持续时间进行补偿。
在一些可选实施方式中，所述持续时间所对应的电平是否过零点是根据所述持续时间是否大于所述预设持续时长进行确定。
在一些可选实施方式中，所述第一补偿时间和所述第二补偿时间通过采用相同场景下的历史数据进行标定后得到。
在一些可选实施方式中，所述电平搜索模块还用于：在采用倒序方式搜索所述持续时间序列，以前两个大于预设持续时长的低电平的持续时间分别作为第一特征点和第二特征点之后，继续搜索得到若干个大于预设持续时长的低电平的持续时间，与所述第一特征点、第二特征点组成特征点集合；对应地，所述周期计算模块的功能被替换为：在所述特征点集合中选择两个特征点，根据两个特征点在所述持续时间序列中的时序区分为前一特征点和后一特征点；累加所述持续时间序列中所述前一特征点之后至所述后一特征点的持续时间的值，以累加值作为所述两个特征点对应的待测信号的周期；重复以上的特征点选择步骤和累加值计算步骤，得到所述特征点集合中多种组合所对应的待测信号的周期；以得到的待测信号的周期的均值作为所述待测信号的周期。
在一些可选实施方式中，继续搜索得到的大于预设持续时长的低电平的持续时间的数量根据应用场景中的实时性要求和计算精度要求进行确定。
上述的应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量装置中的各个功能模块的具体限定可以参见上文中对于应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法的限定，在此不再赘述。上述装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。其同样通过过零比较硬件电路和时间序列搜索算法相结合的方式，实现了抗谐波干扰。
在本发明的一些实施方式中，还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；存储器，与所述至少一个处理器连接；其中，所述存储器存储有能被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器通过执行前述的应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法的步骤。此处的控制模块或处理器具有数值计算和逻辑运算的功能，其至少具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统等。处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来实现前述的方法。存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flashRAM)，存储器包括至少一个存储芯片。
在本发明提供的一种实施方式中，提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令在被处理器执行时使得处理器被配置成执行前述的应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法的步骤。
在本发明提供的一种实施方式中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现前述的应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器 (CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存 (PRAM)、静态随机存取存储器 (SRAM)、动态随机存取存储器 (DRAM)、其他类型的随机存取存储器 (RAM)、只读存储器 (ROM)、电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘 (DVD) 或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体 (transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，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、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (24)
1.一种应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法，其特征在于，该方法包括：
获取待测信号对应的矩形波信号，根据所述矩形波信号中的电平的时序和持续时间得到持续时间序列；
采用倒序方式搜索所述持续时间序列，以前两个大于预设持续时长的低电平的持续时间分别作为第一特征点和第二特征点；
累加所述持续时间序列中所述第二特征点之后至所述第一特征点的持续时间的值，以累加值作为所述待测信号的周期；
根据所述待测信号的周期得到所述待测信号的频率；
其中，获取待测信号对应的矩形波信号，包括：通过将所述待测信号输入过零比较电路得到对应的矩形波信号；所述过零比较电路包括：
电压比较器，所述电压比较器根据所述待测信号与基准电压的高低比较结果输出对应的高低电平，所述高低电平即为所述对应的矩形波信号；
所述过零比较电路中还包括：
设置于所述电压比较器的待测信号输入端的滤波电容和滤波电阻；
设置于所述电压比较器输出端的滤波电容和滤波电阻；
所述过零比较电路中还包括滞回电阻，所述滞回电阻设置于所述电压比较器输出端和基准电压输入端之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测信号为单相交流电压信号或者所述待测信号为多相交流电压信号中的一路交流电压信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述过零比较电路为多组，所述过零比较电路的组数根据所述多相交流电压信号的电压相数进行确定。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设持续时长根据信号毛刺的统计时长或者根据设置于所述电压比较器的待测信号输入端的滤波电容和滤波电阻的参数进行确定。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矩形波信号中的电平的持续时间通过以下步骤确定：
将所述矩形波信号输入定时器输入捕获模式下的微处理器中；
读取所述微处理器在检测到所述矩形波信号的有效边沿而中断时的计数器的值；
以读取的计数器的值作为所述持续时间。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述微处理器获取所述持续时间的处理耗时对获取的所述持续时间进行补偿。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述持续时间所对应的电平是否过零点，分别采用第一补偿时间和第二补偿时间对获取的所述持续时间进行补偿。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述持续时间所对应的电平是否过零点是根据所述持续时间是否大于所述预设持续时长进行确定。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一补偿时间和所述第二补偿时间通过采用相同场景下的历史数据进行标定后得到。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在采用倒序方式搜索所述持续时间序列，以前两个大于预设持续时长的低电平的持续时间分别作为第一特征点和第二特征点之后，继续搜索得到若干个大于预设持续时长的低电平的持续时间，与所述第一特征点、第二特征点组成特征点集合；
对应地，累加所述持续时间序列中所述第二特征点之后至所述第一特征点的持续时间的值，以累加值作为所述待测信号的周期的步骤被替换为：
在所述特征点集合中选择两个特征点，根据两个特征点在所述持续时间序列中的时序区分为前一特征点和后一特征点；
累加所述持续时间序列中所述前一特征点之后至所述后一特征点的持续时间的值，以累加值作为所述两个特征点对应的待测信号的周期；
重复以上的特征点选择步骤和累加值计算步骤，得到所述特征点集合中多种组合所对应的待测信号的周期；
以得到的待测信号的周期的均值作为所述待测信号的周期。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，继续搜索得到的大于预设持续时长的低电平的持续时间的数量根据应用场景中的实时性要求和计算精度要求进行确定。
12.一种应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量装置，其特征在于，该装置包括：
序列确定模块，用于获取待测信号对应的矩形波信号，根据所述矩形波信号中电平的时序和持续时间得到持续时间序列；
特征搜索模块，用于采用倒序方式搜索所述持续时间序列，以前两个大于预设持续时长的低电平的持续时间分别作为第一特征点和第二特征点；
周期计算模块，用于累加所述持续时间序列中所述第二特征点之后至所述第一特征点的持续时间的值，以累加值作为所述待测信号的周期；以及
频率计算模块，用于根据所述待测信号的周期得到所述待测信号的频率；
获取待测信号对应的矩形波信号，包括：通过将所述待测信号输入过零比较电路得到对应的矩形波信号；所述过零比较电路包括：
电压比较器，所述电压比较器根据所述待测信号与基准电压的高低比较结果输出对应的高低电平，所述高低电平即为所述对应的矩形波信号；
所述过零比较电路中还包括：
设置于所述电压比较器的待测信号输入端的滤波电容和滤波电阻；
设置于所述电压比较器输出端的滤波电容和滤波电阻；
所述过零比较电路中还包括滞回电阻，所述滞回电阻设置于所述电压比较器输出端和基准电压输入端之间。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述待测信号为单相交流电压信号或者所述待测信号为多相交流电压信号中的一路交流电压信号。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述过零比较电路为多组，所述过零比较电路的组数根据所述多相交流电压信号的电压相数进行确定。
15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述预设持续时长根据信号毛刺的统计时长或者根据设置于所述电压比较器的待测信号输入端的滤波电容和滤波电阻的参数进行确定。
16.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述矩形波信号中的电平的持续时间通过以下步骤确定：
将所述矩形波信号输入定时器输入捕获模式下的微处理器中；
读取所述微处理器在检测到所述矩形波信号的有效边沿而中断时的计数器的值；
以读取的计数器的值作为所述持续时间。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述装置还包括误差补偿模块，所述误差补偿模块用于根据所述微处理器获取所述持续时间的处理耗时对获取的所述持续时间进行补偿。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，根据所述持续时间所对应的电平是否过零点，分别采用第一补偿时间和第二补偿时间对获取的所述持续时间进行补偿。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述持续时间所对应的电平是否过零点是根据所述持续时间是否大于所述预设持续时长进行确定。
20.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述第一补偿时间和所述第二补偿时间通过采用相同场景下的历史数据进行标定后得到。
21.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述电平搜索模块还用于：在采用倒序方式搜索所述持续时间序列，以前两个大于预设持续时长的低电平的持续时间分别作为第一特征点和第二特征点之后，继续搜索得到若干个大于预设持续时长的低电平的持续时间，与所述第一特征点、第二特征点组成特征点集合；
对应地，所述周期计算模块的功能被替换为：
在所述特征点集合中选择两个特征点，根据两个特征点在所述持续时间序列中的时序区分为前一特征点和后一特征点；
累加所述持续时间序列中所述前一特征点之后至所述后一特征点的持续时间的值，以累加值作为所述两个特征点对应的待测信号的周期；
重复以上的特征点选择步骤和累加值计算步骤，得到所述特征点集合中多种组合所对应的待测信号的周期；
以得到的待测信号的周期的均值作为所述待测信号的周期。
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，继续搜索得到的大于预设持续时长的低电平的持续时间的数量根据应用场景中的实时性要求和计算精度要求进行确定。
23.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；
存储器，与所述至少一个处理器连接；
其中，所述存储器存储有能被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令实现权利要求1至11中任一项权利要求所述的应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法的步骤。
24.一种机器可读存储介质，其特征在于，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令在被处理器执行时使得处理器被配置成实现权利要求1至11中任一项权利要求所述的应用于智能断路器的抗谐波干扰的频率测量方法。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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