WO2011003347A1

WO2011003347A1 - 连续物理量测量装置及方法

Info

Publication number: WO2011003347A1
Application number: PCT/CN2010/075008
Authority: WO
Inventors: 郝玉山
Original assignee: 保定市三川电气有限责任公司
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2011-01-13
Also published as: CA2767586C; EP2453213B1; EP2453213A1; CA2767586A1; US8954294B2; CN101614555B; EP2453213A4; CN101614555A; US20120109586A1

Description

连续物理量测量装置及方法

技术领域

本发明涉及连续物理量的测量和记录技术，尤其是涉及热工、电力系统中的温度、压力、流量、电压、电流、功率、相角等的数字测量和记录。背景技术

连续物理量的值在相当长一段时间维持基本不变或变化不大，称为稳态过程；两个稳态过程之间的短时间的过渡称为暂态过程。对于稳态过程和暂态过程组成的过程物理量釆样，按照奈奎斯特（也称作香农）釆样定理，釆样间隔要小于其暂态过程的最小时间常数 T _mm的一半。按照这样的釆样间隔釆集数据会产生海量数据。在遥测情况下，需要占用大量通信资源传送这些数据。因此不便记录和传送。

为了减少记录和传送的数据量，现有的办法是人为规定一个釆样时间间隔 T, 只记录或传送该间隔整倍数点上的数据，如图 1 所示。显然， T 不满足釆样定理，必定造成混迭，致使记录或传送的数据不能正确反映物理过程的状态和变化，数据错误而无法使用。

如果取 T时间段内的测量平均值替代瞬时值，也不能解决釆集数据的错误，除了产生混迭外，还会产生额外误差，使本来积等于两数相乘的三个量，其平均值不再存在积的关系。例如，变量 A、 B、 C , 其中， A = B . C,B = B + Ab, C = + Ac,I≠B . 。发明内容

本发明的目的旨在至少解决现有技术中的上述问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种既减少输出或传送的数据量，又不产生混迭的、数据 'J量准确的连续物理量测量装置和方法。

根据本发明的一个方面，本发明的实施例提出了一种连续物理量测量装置，包括用来输出时基和时标的定时单元；釆样单元，在所述时基控制下以满足奈奎斯特釆样定理的时间间隔对连续物理量进行釆样，并输出釆样值 x_k; 判断单元，判断釆样值 x_k是否从稳态过程进入暂态过程或者是否从暂态过程进入稳态过程；计算单元，在稳态过程中对所述釆样单元的釆样值计算稳态值 X；输出单元，根据判断结果以及所述时标，输出稳态过程的开始时间和所述稳态值 X , 以及暂态过程的开始时间和所述暂态过程的釆样值¾。

根据本发明进一步的实施例，所述判断单元根据统计法的 t 分布或者滤波器输出进行判断。

根据本发明进一步的实施例，还包括预处理单元，用于对所述釆样单元输出的釆样值进行标度变换、坏数据去除、重抽样和 /或有效值计算。

根据本发明进一步的实施例，所述计算单元根据均值算法或低通滤波算器计算所述稳态值。

根据本发明进一步的实施例，还包括记录单元，所述记录单元对所述稳态过程的开始时间、所述暂态过程的开始时间、在所述暂态过程开始时间前对应的稳态值以及所述暂态过程的釆样值进行记录。

根据本发明的另一方面，本发明的实施例提出一种连续物理量测量方法，所述测量方法包括以下步骤：在定时器输出时基的控制下以满足奈奎斯特釆样定理的时间间隔对连续物理量进行釆样，并输出釆样值 x_k和时标；判断釆样值 x_k是否从稳态过程进入暂态过程或者是否从暂态过程进入稳态过程；以及根据判断结果以及所述时标，输出稳态过程的开始时间和在稳态过程中对釆样值计算获得的稳态值 X , 以及暂态过程的开始时间和所述暂态过程的釆样值 x_k。

根据本发明进一步的实施例，所述稳态值 X根据均值算法或低通滤波器计算获得。

根据本发明进一步的实施例，所述判断步骤包括：计算釆样值 x_k对应的均值和方差^ ; 判断（x_t - )/ ^是否服从 t分布；若服从，判断釆样值 x_k未从稳态过程进入暂态过程或者判断釆样值 x_k从暂态过程进入稳态过程；若不服从，判断釆样值 ¾从稳态过程进入暂态过程或者判断釆样值 x_k 未从暂稳态过程进入稳态过程。所述 t 分布判断可以依据以下公式：

\x_k

其中 k为釆样值的数量， "为风险系数，一般取值 0.05左右。

根据本发明进一步的实施例，所述判断步骤包括：计算釆样值 x_k对应的均值和方差；判断是否满足 |x_t - |≤ ^ , 其中 A为给定值，一般在

3 ~ 10之间；若满足，判断釆样值 x_k未从稳态过程进入暂态过程或者判断釆样值 x_k从暂态过程进入稳态过程；若不满足，判断釆样值 x_k从稳态过程进入暂态过程或者判断釆样值 x_k未从暂稳态过程进入稳态过程。

根据本发明进一步的实施例，所述判断步骤包括：计算釆样值 x_k对应的均值判断是否满足 |x_t - |≤ χ„, 其中 δ为给定值，一般在 2%到 10% 之间， χ_η为所述连续物理量对应的额定值；若满足，判断釆样值 x_k未从稳态过程进入暂态过程或者判断釆样值 x_k从暂态过程进入稳态过程；若不满足，判断釆样值 x_k从稳态过程进入暂态过程或者判断釆样值 ¾未从暂稳态过程进入稳态过程。

根据本发明进一步的实施例，所述判断步骤包括：对釆样值 x_k进行滤波，分别得到釆样值 x_k的滤波分量；分别判断所述滤波分量是否超出对应设定的上限值；以及若均未超出，判断釆样值 ¾未从稳态过程进入暂态过程；若存在一个分量超出，判断釆样值 x_k从稳态过程进入暂态过程。

根据本发明进一步的实施例，所述判断步骤包括：对釆样值 x_k进行滤波，分别得到釆样值 x_k的滤波分量；分别判断所述滤波分量是否超出对应设定的下限值；以及若存在一个分量超出，判断釆样值 ¾未从暂态过程进入稳态过程；若均未超出，判断釆样值 x_k从暂态过程进入稳态过程。

根据本发明进一步的实施例，还包括对釆样值 x_k进行标度变换、坏数据剔除、重抽样和 /或有效值计算的预处理步骤。

根据本发明进一步的实施例，还包括对所述稳态过程的开始时间、所述暂态过程的开始时间、在所述暂态过程开始时间前对应的稳态值以及所述暂态过程的釆样值进行记录的步骤。

本发明可以将输出或传送的数据大幅度减少，同时可以避免数据出现混迭，提高数据测量准确性，保证了信号不失真地被输出或记录下来。

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

本发明的上述和 /或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图 1为现有连续物理量的釆样输出示意图；

图 2为本发明实施例的连续物理量测量装置结构示意图；

图 3为本发明实施例的稳态过程和暂态过程中数据及时标的测量示意图；

图 4显示了本发明实施例的连续物理量测量方法流程图。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，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

现在参考图 2 , 该图为本发明实施例的连续物理量测量装置结构示意图。如图 2 中所示，测量装置包括定时单元 20、釆样单元 12、判断单元 14、计算单元 16和输出单元 18。定时单元 20输出时基（定时的基准信号 ) 和时标（一般可以理解为年月日时分秒），用于釆样单元的定时。釆样单元 12可以在定时单元 20的输出时基控制下，按照时间间隔 A t对连续物理量进行釆样，其中 A t满足奈奎斯特釆样定理。

为了简化正弦量的计算，按照等相位 Δ φ釆样（如锁相环输出控制的釆样）， Δ φ与 A t存在关系，所以，认为是上述釆样的变种，而这种变种也是普遍公知的。

釆样单元 12将不断获得的釆样值 ¾输出给判断单元 14 , 判断单元 14 则判断接收到的每个釆样值 x_k是否从稳态过程进入暂态过程或者是否从暂态过程进入稳态过程。

在一个实施例中，判断单元 14可以根据统计法的 t分布判断釆样值 x_k 是否从稳态过程进入暂态过程或者从暂态过程进入稳态过程。如果为平稳随机过程，由于随机因素的影响，落在 3 σ内概率在 99.7 %之内；如果 X服从状态分布，则（X - / 服从 t分布。（参考浙江大学的《概率论与数理统计》高教版和節诗书的《概率论与数理统计》中国统计出版社的第 2版）。在测量中，递推 f和，对于第 k次，就能够判断数据 x_k是否仍属于稳态还是不属于。

在本发明的实施例中，判断单元 14对于釆样单元 12输出的釆样值 ¾, 可以递推得到其对应的均值和方差^ , 因此通过判断 (x_k 是否服从 t分布，从而可以判断釆样值 ¾是否离开稳态 /暂态过程进入暂态 /稳态过程或者离开暂态 /稳态过程而进入稳态 /暂态过程。

具体来说，若判断（x_t - )/ 服从 t分布，则釆样值 x_k未从稳态过程进入暂态过程或者判断釆样值 x_k从暂态过程进入稳态过程；若不服从，判断釆样值 ¾从稳态过程进入暂态过程或者判断釆样值 ¾未从暂稳态过程进入稳态过程。

在一个实施例中，判断单元 14可以根据滤波器判断釆样值是否从稳态过程进入暂态过程或者是否从暂态过程进入稳态过程。这里，滤波器可以是任意 1阶或更高阶（例如 2阶、 3阶等）的滤波器，例如 n阶卡尔曼滤波器等。

判断单元 14通过对釆样值 x_k进行滤波，从而可以得到釆样值 x_k对应的滤波分量。显然，对于不同阶的滤波器，得到的滤波分量个数也不同。这里，本发明不局限于具体个数的滤波分量，任意合适的滤波器均可落在本发明的保护范围内。

判断单元 14分别判断所得的滤波分量是否超出对应设定的上限值，若均未超出，判断釆样值 x_k未从稳态过程进入暂态过程，即未离开稳态过程；若存在一个分量超出，判断釆样值 ¾从稳态过程进入暂态过程，即离开稳态过程。

类似地，通过分别判断上述滤波分量是否超出对应设定的下限值，则可以判断釆样值 x_k是否从暂态过程进入稳态过程。具体来说，若存在一个分量超出，判断釆样值 x_k未进入稳态过程；若均未超出，判断釆样值 x_k 进入稳态过程。这样，判断单元 14判断新数据是否仍处于相对稳定的数值附近，还是出现了超出稳态过程的突变而进入暂态过程。

在判断釆样值未离开稳态过程或者判断釆样值从暂态进入稳态过程时，判断单元 14将釆样值 x_k输入给计算单元 16。计算单元 16用于在稳态过程中，对釆样单元 12的釆样值进行稳态值计算。对于连续物理量，在稳态过程能够以一个值 X , 例如平均值代表其稳态值大小。对于暂态过程的釆样值，判断单元 14将釆样值¾直接输入到输出单元 18中。

计算单元 16 可以根据均值算法或低通滤波算法计算稳态过程对应输出釆样值的稳态值。稳态值 X通过稳态时间段内的均值算法或低通滤波算法获得，以避免随机干扰、提高测量的精度。

在一个实施例中，稳态值 X 对应的均值算法公式例如表示为 ^ = 1^ 0 . ^4 + ^ )] , 其中表示稳态过程获得的釆样值， k表示这些釆样 k

值的个数，即为根据这些釆样值计算得到的稳态值 X。 k = 1时，则

在一个实施例中，稳态值 X可以根据低通滤波器的递推算法计算获得，例如利用公式表示为 = «. U (l - «) · χ^々一阶低通滤波算法，其中 α为设定的常数，与物理量的时间常数有关。

当然，本领域技术人员显然可知，本发明计算单元 16还可以釆用加权均值法或更高阶（例如 2 阶、 3 阶等）滤波器或者其他均值算法来获得稳态值 X。本发明不局限于上述具体实施例。

对于上述稳态值 X计算的递推算法，在稳态过程中，计算单元 16利用新的釆样值 x_k对当前稳态值 X进行修正，得到对应稳态过程的新稳态值 X。这里，对 X修正与之前 X的计算相同，利用当前稳态过程时间段内的釆样数据获得，只不过这里进一步包括了新数据 x_k。

在判断单元 14利用统计法的 t分布进行判断的实施例中，判断单元 14 所需的均值和方差^的算法，可以与计算单元 16计算稳态值 X的算法相同。这样，判断单元 14可以将釆样单元 12的釆样值 x_k输出给计算单元 16 , 由计算单元 16递推计算得到对应的均值和方差，并按图示虚线箭头返给判断单元 14。若判断单元 14根据计算单元 16返回的数值结合具体 t分布判断釆样值 ¾未发生稳态过程状态变化，则将计算单元 16计算的均值作为该稳态过程的当前稳态值 X。若判断釆样值 x_k发生稳态过程状态变化，则将计算单元 16计算的均值作为无效值。

输出单元 18则根据判断单元 14的判断结果，并结合定时单元 20输出的时标，输出稳态过程的开始时间和及其对应的稳态值 X, 以及输出暂态过程的开始时间和暂态过程对应的釆样值 x_k。当然，暂态过程的开始时间即表示其相邻的上一个稳态过程的结束时间，稳态过程的开始时间即表示其相邻的上一个暂态过程的结束时间。

具体来说，对于连续物理量，假定判断单元 14判断其以往位于稳态过程，即不在暂态过程，计算单元 14以一个值 X代表该稳态过程中对应已釆样数据的稳态值大小。在釆样单元 12以时间间隔釆样之后，获得一个新釆样数据 x_k; 判断单元 14判断 x_k是否仍在稳态过程，是，则由计算单元 16利用 x_k修正 X, 继续稳态过程；不是，表示 x_k从稳态过程进入暂态过程，则由输出单元 18输出该稳态过程的结束时间（即 ¾进入暂态过程的开始时间）、该稳态过程的稳态值 X, 并将 x_k作为暂态过程的釆样数据输出。

另外，如果以往不在稳态过程，即处于暂态过程，对于新数据 x_k判断单元 14判断其是否进入到一个稳态过程；若没有进入，则继续当前状态，由判断单元 14将釆样值 ¾输出给输出单元 18; 否则，由输出单元 18输出稳态过程的开始时标（即该暂态过程的结束时间），并由计算单元 16 将 x_k作为该稳态过程的初始稳态数据，建立该稳态过程对应的新的稳态值 X；如此继续。

在判断单元 14利用统计法的 t分布进行判断的实施例中，判断单元 14 所需的均值的算法，可以与计算单元 16计算稳态值 X的算法相同。这样，判断单元 14可以将釆样单元 12的釆样值 x_k直接输出给计算单元 16 , 由计算单元 16递推计算得到对应的均值和方差，并按图示虚线箭头返给判断单元 14。

判断单元 14根据计算单元 16返回的数值结合具体 t分布判断釆样值 x_k是否发生稳态过程或暂态过程变化。若未从稳态过程进入暂态过程，则将计算单元 16计算的均值作为该稳态过程的当前稳态值，并输出稳态值 X给输出单元 18。若判断从暂态过程进入稳态过程，则以釆样值 ¾作为该稳态过程的初始稳态数据，并输出给计算单元 16建立该稳态过程对应的新的稳态值 X。

若判断釆样值 x_k从稳态过程进入暂态过程，则以釆样值 x_k作为该暂态过程的初始暂态数据，将暂态数据提供给输出单元 18 , 并提供给计算单元 16用于计算暂态过程中暂态数据对应的均值和方差。计算单元 16将计算的均值和方差返给判断单元 14作为对新釆样数据的判断依据。若判断釆样值 x_k未从暂态过程进入稳态过程，则继续将釆样值 x_k提供给计算单元 16 , 对当前暂态数据的均值和方差进行更新计算，从而更新判断单元 14当前的 t分布判断依据。

对于输出单元 18, 其可以根据判断单元 14 的判断，仅输出在稳态过程结束时对应的稳态值 X, 也可以根据远程需要，将稳态过程中不同时间对应的稳态值 X输出。

在一个实施例中，本发明的测量装置还包括可以记录单元（图中未显示），记录单元对对每个稳态过程的开始时间（对应暂态过程的结束时间）、暂态过程的开始时间（对应稳态过程的结束时间）进行记录，并且记录在新的暂态过程开始时间前，即其相邻上一个稳态过程的稳态值，以及该暂态过程内的釆样值。

例如对于图 3所示釆样的连续物理量，按照上述方式，输出单元 18对其稳态过程和暂态过程可以输出到的数据是：

TO, { Xl },Tl, {x_k},T2, { X2},T3, {x_k} , ... ,

其中， { Χ1 }、 { Χ2}、 …为各个稳态过程对应的稳态值，如上文所示，每个稳态过程输出的稳态值可以是不同时间对应的稳态值集合。 T0( t=0 )、 Tl、 Τ2、 …为表示对应稳态过程开始时间和暂态过程开始时间的一系列时标， {x_k}为每个暂态过程中对应的一系列 X的釆样值。

对于记录单元，则其可以记录数据如下：

T0,Xl,Tl, {x_k},T2,X2,T3, {x_k} , - , 记为 {Dq}-全态记录。这里， XI、 X2 是对应每个稳态过程结束时间的一个稳态值。

对于开始为暂态过程的情况，则对应输出如下： T0,{x_k},Tl, { Xl },T2,{x_k},T3, { X2} ..，是稳态过程与暂态过程对应输出的另一种表现，与图 3实施例无实质区别。

一般地，以上输出和记录的稳态数据比现有的间隔 T时间输出一次数据获得的数据量少（多个 T都在一个稳态过程 )且避免了混迭错误。并且，它们真实反映了系统在该时间段上的特性，从而可作为后续系统计算的无误输入。

由于稳态时间较暂态时间要长得多，所以输出或传送的数据大幅度减少。另外，又保证了信号不失真地被记录下来。当然，由记录的数据也能够复现原信号。

如果只关心稳态值，即稳态过程测量，则上述的输出中可以不包括暂态过程对应的釆样数据集 {¾} , 输出的数据是：

TO, { X1 },T1, Τ2, { Χ2},Τ3, ... , 记为稳态输出。

而如果只关心暂态，即暂态过程测量，上述的输出可以不包括稳态过程对应的稳态值 X, 而变成：

T0,{x_k},Tl, T2,{x_k}， T3 , ... , 记为暂态输出。

在一个实施例中，测量装置还可以包括预处理单元（图中未显示），预处理单元可以对釆样单元 12输出的釆样值进行预处理，然后直接或重抽样输出到计算单元 14。一般地，预处理包括标度变换，还可以包括坏数据剔除，而对于正弦量，例如交流电压、交流电流、交流功率等，还可以包括将釆样值转换为有效值的计算，依据实际系统，有效值还要重抽样。在这种情况下，预处理单元的输出是重抽样的有效值。

现在参考图 4 , 该图显示了本发明实施例的连续物理量测量方法流程图。

首先，可以在定时器输出时基的控制下，按照预定时间间隔 A t对连续物理量进行釆样，并分别输出釆样值和对应的时标（步骤 102 ) , 其中 A t 满足奈奎斯特釆样定理，时标由定时器输出。定时器在输出每个时基时会相应地给出对应的时标，因此根据时基可确定每个釆样值对应的釆样时间。然后，判断釆样值是否从稳态过程进入暂态过程或者是否从暂态过程进入稳态过程（步骤 104 ) , 根据对应的判断结果以及所述时标，输出稳态过程的开始时间和结束时间以及在稳态过程中对釆样值计算获得的稳态值

(步骤 106) 。

在一个实施例中，步骤 104可以根据统计法的 t分布判断釆样值是否从稳态过程进入暂态过程或者从暂态过程进入稳态过程。

对于统计法的 t 分布：在方差分析中，如果为平稳随机过程，由于随机因素的影响，落在 3 σ内概率在 99.7%之内。现实中，若 σ未知，可以用代替，且 (χ- )/ 服从 t分布，在测量中，递推 f和，对于第 k次，就能够判断数据 x_k是否仍属于稳态还是不属于。

在本发明的实施例中，对于釆样输出的釆样值 x_k, 可以递推得到其对应的均值和方差。

例如，根据均值公式： = [( -1)· 以及方差公式： - 获得对应的均值和

方差，其中 k为稳态过程或者暂态过程对应的釆样值的数量。

因此通过判断 (x_k - 是否服从 t分布，从而可以判断釆样值 ¾是否离开稳态 /暂态过程进入暂态 /稳态过程或者离开暂态 /稳态过程而进入稳态 / 暂态过程。

具体来说，若判断（x_t- )/ 服从 t分布，则釆样值 x_k未从稳态过程进入暂态过程或者判断釆样值 x_k从暂态过程进入稳态过程；若不服从，判断釆样值 ¾从稳态过程进入暂态过程或者判断釆样值 ¾未从暂稳态过程进入稳态过程。

― _― ~ t{k - 1)

如上文所述，在一个实施例中， t分布判断可以依照以下判据公式： 1 - 1^≤ «/₂ - 其中 _α为给定的风险系数， α值在 0.05 左右。若满足上述公式，则表示 x_k服从 t分布，否则表示不服从。

1 )对于釆样和预处理输出的 x_k;

2 ) 若 k = 1： U'J j = j , =0

否则，按上述公式计算和。

3)若 \x_k -x_k\≤ fk - t_a/2 (k-V)-s_k , 则表示为稳、态过程。即表示 x_k未从稳、态过程进入暂态过程，即未离开稳态过程或者表示 ¾从暂态过程进入稳态过程，即离开暂态过程，且稳态值; r = 。

对于 x_k未离开稳态过程的， ^ k = k+l , 并根据步骤 2和步骤 3继续下一个釆样值的判断；对于 x_k为进入稳态过程的，令 k=l , 将¾作为该稳态过程的初始稳态数据 _X1 , 并输出时标，然后重复上述步骤。

否则，表示从稳态过程离开而进入暂态过程，或者未从暂态过程进入稳态过程。

对于 x_k进入暂态过程的，将 x_k作为该暂态过程的初始暂态数据 _Xl , 令 k = 1 , 并根据步骤 2和步骤 3继续下一个釆样值的判断；对于 x_k为未离开暂态过程的，令1^= 1^+1 , 并重复上述步骤 2和步骤 3。

在一个实施例中， t分布的判拒也可以简化成 |x_t - |≤ 其中 A为给定常数，例如 A位于 3 ~ 10之间。或者，更进一步可以简化成 |x_t - |≤Δ , 而 Δ = χ„, 其中 δ为给定常数，根据精度要求一般在 2% ~ 10%之间取值，优选为 5%左右， χ_η为被测连续物理量对应的额定值。

并且在第 3 ) 步的判断中，若对于初始测量（t=0 ) 的釆样值 _Xl , 若判断为稳态过程，则记录该稳态过程的开始时间，初始化为 0。

当然，这里也可以釆用高斯分布等其他统计法对釆样值 x_k的稳态状态进行判断，本发明不局限于上述具体实施例。

在一个实施例中，可以根据滤波法判断釆样值是否进入或者离开稳态过程。这里，滤波法可以是任意 1 阶或更高阶（例如 2阶、 3 阶等）的滤波算法，例如 n阶卡尔曼滤波器等。

通过对釆样值 x_k进行滤波，从而可以得到釆样值 x_k对应的滤波分量。显然，对于不同阶的滤波算法，得到的滤波分量个数也不同。这里，本发明不局限于具体个数的滤波分量，任意合适的滤波算法均可落在本发明的保护范围内。

分别判断所得的滤波分量是否超出对应设定的上限值，若均未超出，判断釆样值 x_k未从稳态过程进入暂态过程，即未离开稳态过程；若存在一个分量超出，判断釆样值 x_k从稳态过程进入暂态过程，即离开稳态过程。

类似地，通过分别判断上述滤波分量是否超出对应设定的下限值，则可以判断釆样值 x_k是否从暂态过程进入稳态过程。具体来说，若存在一个分量超出，判断釆样值 x_k未进入稳态过程；若均未超出，判断釆样值 x_k 进入稳态过程。开稳态 /暂态过程。

这样，可以判断新数据是否仍处于相对稳定的数值附近，还是出现了超出稳态过程的突变而进入到暂态过程。

在判断釆样值未离开稳态过程或者判断釆样值从暂态进入稳态过程时，将釆样值 _Xk进行稳态值计算。对于连续物理量，在稳态过程能够以一个值 X, 例如平均值代表其稳态大小。对于判断为暂态过程的釆样值，则可以直接输出。

这里，可以根据均值算法或低通滤波算法计算稳态过程对应输出釆样值的稳态值。稳态值 X通过稳态时间段内的均值算法或低通滤波算法获得，以避免随机干扰、提高测量的精度。

在一个实施例中，稳态值 X 对应的均值算法公式例如表示为 ^ = 1^ 0. ^4 + ^ )] , 其中表示稳态过程获得的釆样值， k表示这些釆样 k

在一个实施例中，稳态值 X可以根据低通滤波器的递推算法计算获得，例如利用公式表示为 = «. U (l - «) · χ^々一阶低通滤波算法，其中 α为设定的常数。

当然，本领域技术人员显然可知，本发明还可以釆用更高阶（例如 2 阶、 3阶等）滤波算法或者其他均值算法来获得稳态值 X。本发明不局限于上述具体实施例。

在利用统计法的 t 分布进行判断的实施例中，所需的均值可以与稳态值 X的计算方法相同。

对于上述稳态值 X计算的递推算法，利用新的釆样值 x_k对当前稳态值 X进行修正，得到对应稳态过程的新稳态值 X。

根据判断结果，并结合定时器输出的时基，输出稳态过程的开始时间和及其对应的稳态值 X, 以及输出暂态过程的开始时间和暂态过程对应的釆样值 x_k。当然，暂态过程的开始时间即表示其相邻的上一个稳态过程的结束时间，稳态过程的开始时间即表示其相邻的上一个暂态过程的结束时间。

具体来说，对于连续物理量，假定判断其以往位于稳态过程，则计算一个值 X代表该稳态过程中对应已釆样数据的稳态值大小。在以时间间隔釆样之后，获得一个新釆样数据 x_k; 判断 x_k是否仍在稳态过程，是，则利用 x_k修正 X, 继续稳态过程；不是，则输出该稳态过程的结束时间（即 x_k 进入暂态过程的开始时间）以及该稳态过程的稳态值 X, 并将 x_k作为暂态过程的釆样数据输出。

另外，如果以往不在稳态过程，即处于暂态过程，对于新数据 x_k判断其是否进入到一个稳态过程；若没有进入，则继续当前状态，将釆样值 x_k输出；否则，输出稳态过程的开始时标（即该暂态过程的结束时间），并将 x_k作为稳态数据，建立该稳态过程对应的新的稳态值 X；如此继续。

对于稳态值输出，可以根据判断结果，仅输出在稳态过程结束时对应的稳态值 X, 也可以根据远程需要，将稳态过程中不同时间对应的稳态值 X输出。

在一个实施例中，本发明还包括可以记录步骤，从而对稳态过程的开始时间（对应暂态过程的结束时间）、暂态过程的开始时间（对应稳态过程的结束时间）进行记录，并且记录在新的暂态过程开始前其相邻上一个稳态过程的稳态值，以及该暂态过程内的釆样值。

以上输出和记录的稳态数据比现有的间隔 T时间输出一次数据获得的数据量少（多个 T都在一个稳态过程）且避免了混迭错误。并且，它们真实反映了系统在该时间段上的特性，从而可作为后续系统计算的无误输入。

在一个实施例中，还可以包括预处理步骤，用于对釆样出的釆样值进行预处理，然后直接或重抽样输出用于后续判断和计算。一般地，预处理包括标度变换，还可以包括坏数据剔除，而对于正弦量，例如电压、电流、功率等，还可以包括有效值的计算。在这种情况下，输出的釆样值是有效值。

需要指出的是，对于轮询系统，例如在规定的时间间隔 t (例如电力调度自动化系统中 t = 3秒）或规定的时刻（例如用电监视系统中每个整点开始的每刻钟），需要釆样终端输出一次数据的情况下，本发明的测量装置和方法可以不直接输出稳态过程开始和结束的时标，即，时标不明确输出而是暗含在轮询中。当输出的数据在稳态过程时，仅输出对应所需的稳态值 X即可。这种变化仍落在本发明的范围内。

本发明可以应用于热工、电力系统中的温度、压力、流量、电压、电流、功率和相角等测量和记录中，能够真实、清晰地反映系统参数的变化情况，并且显著减少记录和输出数据的数量。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims

权利要求书

1. 一种连续物理量测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：定时单元，所述定时单元输出时基和时标；

釆样单元，在所述时基控制下以满足奈奎斯特釆样定理的时间间隔对连续物理量进行釆样，并输出釆样值 x_k;

判断单元，判断釆样值 x_k是否从稳态过程进入暂态过程或者是否从暂态过程进入稳态过程；

计算单元，在稳态过程中对所述釆样单元的釆样值计算稳态值 X；输出单元，根据判断结果以及所述时标，输出稳态过程的开始时间和所述稳态值 X , 以及暂态过程的开始时间和所述暂态过程的釆样值 x_k。

2. 如权利要求 1所述的测量装置，其特征在于，所述判断单元根据统计法的 t分布或者滤波器输出进行判断。

3. 如权利要求 1所述的测量装置，其特征在于，还包括预处理单元，和 /或有效值计算。

4. 如权利要求 1所述的测量装置，其特征在于，所述计算单元根据均值或低通滤器计算所述稳态值。

5. 如权利要求 1所述的测量装置，其特征在于，还包括记录单元，所述记录单元对所述稳态过程的开始时间、所述暂态过程的开始时间、所述暂态过程的开始时间前对应的稳态值以及所述暂态过程的釆样值进行记录。

6. 一种连续物理量测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：

在定时器输出时基的控制下以满足奈奎斯特釆样定理的时间间隔对连续物理量进行釆样，并输出釆样值 x_k和时标；

判断釆样值 ¾是否从稳态过程进入暂态过程或者是否从暂态过程进入稳态过程；以及

根据判断结果以及所述时标，输出稳态过程的开始时间和在稳态过程中对釆样值计算获得的稳态值 X, 以及暂态过程的开始时间和所述暂态过程的釆样值 ¾。

7. 如权利要求 6所述的测量方法，其特征在于，所述稳态值 X根据均值或低通滤波器计算获得。

8. 如权利要求 6所述的测量方法，其特征在于，所述判断步骤包括：计算釆样值 ¾对应的均值和方差^ ;

判断（x_t - ) / 是否服从 t分布；

若服从，判断釆样值 x_k未从稳态过程进入暂态过程或者判断釆样值 x_k 从暂态过程进入稳态过程；

若不服从，判断釆样值 x_k从稳态过程进入暂态过程或者判断釆样值 x_k 未从暂稳态过程进入稳态过程。

9. 如权利要求 8所述的测量方法，其特征在于，所述 t分布判断依据以下公式：

其中"为风险系数。

10. 如权利要求 6所述的测量方法，其特征在于，所述判断步骤包括：计算釆样值 ¾对应的均值和方差^ ;

判断是否满足 |x_t - |≤ ^ , 其中 A为给定值；

若满足，判断釆样值 x_k未从稳态过程进入暂态过程或者判断釆样值 x_k 从暂态过程进入稳态过程；

若不满足，判断釆样值 x_k从稳态过程进入暂态过程或者判断釆样值 x_k 未从暂稳态过程进入稳态过程。

11. 如权利要求 10所述的测量方法，其特征在于，所述 A位于 3 ~ 10 之间。

12. 如权利要求 6所述的测量方法，其特征在于，所述判断步骤包括：计算釆样值 ¾对应的均值；

判断是否满足 |x_t _ f_t|≤ x„, 其中 δ为给定值， χ_η为所述连续物理量对应的额定值；

若满足，判断釆样值 x_k未从稳态过程进入暂态过程或者判断釆样值 x_k 从暂态过程进入稳态过程；若不满足，判断釆样值 x_k从稳态过程进入暂态过程或者判断釆样值 x_k 未从暂稳态过程进入稳态过程。

13. 如权利要求 12所述的测量方法，其特征在于，所述 δ位于 2%到 10%之间。

14. 如权利要求 6所述的测量方法，其特征在于，所述判断步骤包括：对釆样值 ¾进行滤波，分别得到釆样值 x_k的滤波分量；

分别判断所述滤波分量是否超出对应设定的上限值；以及

若均未超出，判断釆样值 ¾未从稳态过程进入暂态过程；

若存在一个分量超出，判断釆样值 x_k从稳态过程进入暂态过程。

15. 如权利要求 6所述的测量方法，其特征在于，所述判断步骤包括：对釆样值 ¾进行滤波，分别得到釆样值 x_k的滤波分量；

分别判断所述滤波分量是否超出对应设定的下限值；以及

若存在一个分量超出，判断釆样值 x_k未从暂态过程进入稳态过程；若均未超出，判断釆样值 ¾从暂态过程进入稳态过程。

16. 如权利要求 6所述的测量方法，其特征在于，还包括对釆样值 x_k 进行标度变换、坏数据剔除、重抽样和 /或有效值计算的预处理步骤。

17. 如权利要求 6所述的测量方法，其特征在于，还包括对所述稳态过程的开始时间、所述暂态过程的开始时间、在所述暂态过程开始时间前对应的稳态值以及所述暂态过程的釆样值进行记录的步骤。