谐波校正方法、装置、电能计量设备及可读存储介质

技术领域

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种谐波校正方法、装置、电能计量设备及可读存储介质。

背景技术

随着电力电子技术的飞速发展，非线性负荷在电网的比重逐渐增加。目前非线性负荷在电网中造成的谐波污染问题日益凸显，电力管理部门对谐波监测的关注度也日益提高，国家电网和南方电网的新一代智能电能表均要求具备谐波监测功能。高精度电能计量设备中的模拟采样通常采用高分辨率、高集成度和高性价比的Σ-Δ型电能计量设备，但目前的Σ-Δ电能计量设备模数转换过程的数字抽取滤波器都会导致高次谐波信号幅值产生较大失真，另外为了获得高精度采样，数字抽取滤波器最广泛采用sinc

发明内容

本发明提出的一种谐波校正方法、装置、电能计量设备及可读存储介质，旨在解决如何提高Σ-Δ电能计量设备的谐波监测准确度的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种谐波校正方法，所述谐波校正方法包括以下步骤：

接收输入的谐波信号，生成频谱监测幅值；

获取预设谐波校正增益值序列表中与所述谐波信号对应的谐波校正增益值；

将所述频谱监测幅值与所述谐波校正增益值的乘积，作为所述谐波信号的频谱校正幅值；

根据所述频谱校正幅值形成谐波频谱，输出所述谐波频谱。

可选地，所述谐波校正方法应用于数字抽取滤波器sinc

根据预设采样率和预设调制频率，计算得到过采样率；

根据所述过采样率确定数字抽取滤波器sinc

根据所述幅频响应表达式计算得到所有频率的谐波信号对应的所有谐波校正增益值，生成谐波校正增益值序列表；

将所述谐波校正增益值序列表作为预设谐波校正增益值序列表。

可选地，所述数字抽取滤波器sinc

H(z)＝[(1-z-N)/(N×(1-z-1))]

所述幅频响应表达式为：

H(f)＝|sin(Nπf/f

其中，H(z)为数字抽取滤波器sinc

可选地，所述根据所述幅频响应表达式计算得到所有频率的谐波信号对应的所有谐波校正增益值的步骤包括：

G(n)＝1/H(nf

其中，f

可选地，所述根据预设采样率和预设调制频率，计算得到过采样率的步骤包括：

计算预设调制频率和预设采样率的比例值，并将所述比例值作为过采样率。

可选地，所述生成谐波校正增益值序列表的步骤包括：

关联存储所述所有频率的谐波信号的频率值与所述所有谐波校正增益值至预设表格，生成谐波校正增益值序列表。

可选地，所述接收输入的谐波信号，生成频谱监测幅值的步骤包括：

接收输入的谐波模拟信号并将所述谐波模拟信号转化为谐波数字信号；

将所述谐波数字信号转化为频谱监测幅值。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种谐波校正装置，所述谐波校正装置包括：

信号接收模块，用于接收输入的谐波信号，生成频谱监测幅值；

监测校正模块，用于获取预设谐波校正增益值序列表中与所述谐波信号对应的谐波校正增益值；将所述频谱监测幅值与所述谐波校正增益值的乘积，作为所述谐波信号的频谱校正幅值；

频谱输出模块，用于根据所述频谱校正幅值形成谐波频谱，输出所述谐波频谱。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种电能计量设备，所述电能计量设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的谐波校正程序，其中：所述谐波校正程序被所述处理器执行时实现如上所述的谐波校正方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有谐波校正程序，所述谐波校正程序被处理器执行时实现如上所述的谐波校正方法的步骤。

本发明中的谐波校正方法先接收输入的谐波信号，生成所有的频谱监测幅值，再获取预设谐波校正增益值序列表中与所述谐波信号对应的谐波校正增益值，将所述频谱监测幅值与所述谐波校正增益值的乘积，作为所述谐波信号的所有的频谱校正幅值，最后根据所述频谱校正幅值形成谐波频谱，输出所述谐波频谱。可以使得Σ-Δ型电能计量设备在监测谐波时自动校正频谱监测幅值，避免了输出的谐波频谱幅值失真严重的问题，即能够输出比较准确的谐波频谱幅值以及谐波频谱，满足了Σ-Δ型电能计量设备监测谐波的精度要求，并且实现成本极低。

附图说明

图1为本发明谐波校正方法第一实施例的流程示意图；

图2为本发明谐波校正方法第二实施例的流程示意图；

图3为本发明谐波校正方法涉及的的谐波校正装置示意图；

图4为本发明谐波校正方法涉及的电能计量设备中的模数转换器框图；

图5为本发明谐波校正方法涉及的校正前电能计量设备输出的频谱幅值误差图；

图6为本发明谐波校正方法涉及的校正后电能计量设备输出的频谱幅值误差图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，图1是本发明谐波校正方法第一实施例的流程示意图，并参照图4，图4为本发明谐波校正方法涉及的电能计量设备中的模数转换器，所述电能计量设备可以为Σ-Δ型的电能计量设备，所述Σ-Δ型的电能计量设备包括Σ-Δ模数转换器，在本实施例中，以Σ-Δ型的电能计量设备为例进行展开说明，但不仅限于Σ-Δ型的电能计量设备；所述谐波校正方法包括：

步骤S10，接收输入的谐波信号，生成频谱监测幅值；

本实施例可以应用于任何品牌或规格的Σ-Δ模数转换器，如图4所示，Σ-Δ模数转换器由两部分组成，第一部分为模拟Σ-Δ调制器，第二部分为数字抽取滤波器，Σ-Δ调制器以极高的抽样频率对输入的模拟信号进行抽样，并对两个抽样之间的差值进行低位量化，从而得到用低位数码表示的数字信号即Σ-Δ码；然后将这种Σ-Δ码送给第二部分的数字抽取滤波器进行抽取滤波，从而得到高分辨率的线性脉冲编码调制的数字信号。谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，通常称为高次谐波，而基波是指其频率与工频(50Hz)相同的分量。

Σ-Δ型电能计量设备在测量、记录发电量、供电量、线损电量和用户用电量等工作过程中也需要对电网中的谐波信号进行接收监测。具体地，Σ-Δ调制器按照事先设定的调制频率f

步骤S20，获取预设谐波校正增益值序列表中与所述谐波信号对应的谐波校正增益值；

谐波因为都是基波(50Hz)的整数倍，所以根据基波的整数倍，可以将谐波划分为不同波次的谐波以进行区分，例如，100Hz、500Hz的谐波可以分为2次谐波、10次谐波。谐波校正增益值序列表预存在电能计量装置的系统中，其中表中的数据是与各个频率或者说各个波次的谐波信号对应的谐波校正增益值，其中的谐波校正增益值是针对各个谐波信号通过一系列的转化和计算得到的，具体地，先获得Σ-Δ模数转换器的过采样率，再将数字抽取滤波器的拓扑结构函数转换得到谐波的幅频响应表达式，最后根据幅频响应表达式、Σ-Δ调制器的调制频率以及过采样率，就可以计算得到各个谐波信号对应的谐波校正增益值，将各个谐波信号的频率或者波次与对应的谐波校正增益值进行关联存储，生成谐波校正增益值序列表。需要哪些谐波信号的谐波校正增益值可根据实际需要进行计算后生成含有该谐波信号的谐波校正增益值序列表，这样在接收到该谐波信号之后，就能够在谐波校正增益值序列表中查找获取到与该谐波信号对应的谐波校正增益值。如果Σ-Δ调制器接收到的谐波信号在谐波校正增益值序列表没有对应的谐波校正增益值，可以利用上面的计算方式直接计算得到该谐波信号的谐波校正增益值，再利用该谐波校正增益值将该谐波信号频谱监测幅值进行校正。另外可以将这项新计算得到的谐波校正增益值增添在原有的谐波校正增益值序列表中。

步骤S30，将所述频谱监测幅值与所述谐波校正增益值的乘积，作为所述谐波信号的频谱校正幅值。

频谱监测幅值是一个动态变化的数值，由Σ-Δ型电能计量设备按照一定频率不断生成，所以可以为一个数值也可以为多个数值。例如，在谐波校正增益值序列表中获取到150Hz的谐波信号对应的校正增益值为1.0007，并且该谐波信号的其中一个频谱监测幅值为60A，将60A乘以1.0007得到60.042A，将60.042A作为一个频谱校正幅值。

步骤S40，根据所述频谱校正幅值形成谐波频谱，输出所述谐波频谱。

将由Σ-Δ型电能计量设备按照一定频率不断生成的谐波信号的频谱监测幅值转换为该谐波的频谱，并不断输出该谐波信号的频谱监测幅值及谐波频谱。

本发明中的谐波校正方法先接收输入的谐波信号，生成频谱监测幅值，再获取预设谐波校正增益值序列表中与所述谐波信号对应的谐波校正增益值，将所述频谱监测幅值与所述谐波校正增益值的乘积，作为所述谐波信号的频谱校正幅值，最后根据所述频谱校正幅值形成谐波频谱，输出所述谐波频谱。可以使得Σ-Δ型电能计量设备在监测谐波时自动校正频谱监测幅值，避免了输出的谐波频谱幅值失真严重的问题，即能够输出比较准确的谐波频谱幅值以及谐波频谱，满足了Σ-Δ型电能计量设备监测谐波的精度要求，并且实现成本极低。

如图2所示，进一步地，基于本发明谐波校正方法的第一实施例提出本发明谐波校正方法的第二实施例，在本实施例中，所述谐波校正方法应用于数字抽取滤波器sinc

步骤S100，根据预设采样率和预设调制频率，计算得到过采样率；

具体地，将预设调制频率的与预设采样率的比值，作为过采样率，其中调制频率和采样率都可以根据实施情况预先设定好。

步骤S110，根据所述过采样率确定数字抽取滤波器sinc

本实施例应用于sinc

具体地，根据sinc

由于单位圆上的z变换即为序列的傅里叶变换，令z＝e

H(e

根据欧拉公式有：

cos(x)＝(e

sin(x)＝(e

或者

e

e

利用上述关系，化简H(e

再取模得到数字抽取滤波器sinc

利用

步骤S120，根据所述幅频响应表达式计算得到所有频率的谐波信号对应的所有谐波校正增益值，生成谐波校正增益值序列表；

具体地，G(n)＝1/H(nf

其中，f

所述生成谐波校正增益值序列表的步骤包括：关联存储所述所有频率的谐波信号的频率值与所述所有谐波校正增益值至预设表格，生成谐波校正增益值序列表。

∑-Δ型电能计量设备可以将各个频率的谐波的频率值，比如100Hz频率值，与计算得到的各个频率的谐波的谐波校正增益值关联存储到系统中创建好的表格中，比如100Hz的谐波的谐波校正增益值为1.0007，那么就可以将关键词100Hz与1.0007关联存储在系统中的表格，将各个频率的谐波的频率值与各个频率的谐波的谐波校正增益值关联存储至系统中的表格，就生成了谐波校正增益值序列表，根据需要，如果一定频率的谐波没有在已经生成的谐波校正增益值序列表，可以将该频率的谐波与计算得到的该谐波的谐波校正增益值关联存储至原来的谐波校正增益值序列表中，即谐波校正增益值序列表不是一成不变的，可根据实际情况进行改变。另外也可以将各个频率的谐波对应的波次与该谐波的谐波校正增益值关联存储至系统中创建好的表格中，比如，计算得到200Hz的谐波的谐波校正增益值为1.0009，将200Hz的谐波的对应的4次的关键词4与1.0009关联存储在系统中的表格。

例如，采用含有某公司的型号为ADS131M08的Σ-Δ模数转换器的电能计量设备，事先设定的采样率为f

G[1:50]＝{1.0001,1.0003,1.0007,1.0012,1.0019,1.0027,1.0037,1.0048,1.0061,1.0076,1.0092,1.0109,1.0128,1.0149,1.0171,1.0195,1.0220,1.0247,1.0276,1.0306,1.0338,1.0372,1.0407,1.0445,1.0483,1.0524,1.0566,1.0611,1.0657,1.0704,1.0754,1.0806,1.0859,1.0915,1.0973,1.1032,1.1094,1.1158,1.1223,1.1291,1.1362,1.1434,1.1509,1.1586,1.1666,1.1748,1.1832,1.1919,1.2008,1.2101}。

采用上述校正增益序列对相应频率的谐波信号进行校正，校正前和校正后的输出的频谱幅值误差分别如图5和图6所示。从图中不难看出，校正前，监测到频谱幅值误差随频率值增加而增大，第25个频率值(即25次谐波，频率值为1250Hz)的频谱幅值误差达到-5％，第50个频率值(即50次谐波，频率值为2500Hz)频谱幅值误差达到-17％；校正后，从第1个频率到第50个频率(即50-2500Hz频率范围)的频谱幅值误差均在±0.2％以内，有效提高了Σ-Δ型电能计量设备用于谐波监测的准确度。

步骤S130，将所述谐波校正增益值序列表作为预设谐波校正增益值序列表。

例如，可以将上述的谐波校正增益值序列表预存在电能计量设备的系统中作为预设谐波校正增益值序列表。

进一步地，基于本发明谐波校正方法的第二实施例提出本发明谐波校正方法的第三实施例，在本实施例中，所述接收输入的谐波信号，生成频谱监测幅值的步骤包括：

步骤a，接收输入的谐波模拟信号并将所述谐波模拟信号转化为谐波数字信号；

步骤b，将所述谐波数字信号转化为频谱监测幅值

参照图4，与一般的ADC不同，Σ-Δ型ADC不是直接根据抽样数据的每一个样值的大小进行量化编码，而是根据前一量值与后一量值的差值即所谓的增量的大小来进行量化编码。其中的Σ-Δ调制器以事先设定极高的抽样频率对输入的谐波模拟信号进行抽样，并对两个抽样之间的差值进行低位量化，从而得到用低位数码表示的谐波数字信号即谐波的Σ-Δ码；然后将这种Σ-Δ码送给第二部分的数字抽取滤波器进行抽取滤波，从而得到高分辨率的线性脉冲编码调制的谐波数字信号，将这种高分辨率的线性脉冲编码调制的谐波数字信号作为谐波的频谱监测幅值。

此外，参照图3，本发明还提出一种谐波校正装置，所述谐波校正装置包括：

信号接收模块A10，用于接收输入的谐波信号，生成频谱监测幅值；

监测校正模块A20，用于获取预设谐波校正增益值序列表中与所述谐波信号对应的谐波校正增益值；将所述频谱监测幅值与所述谐波校正增益值的乘积，作为所述谐波信号的频谱校正幅值；

频谱输出模块A30，用于根据所述频谱校正幅值形成谐波频谱，输出所述谐波频谱。

可选地，监测校正模块A20，还用于：

根据预设采样率和预设调制频率，计算得到过采样率；

根据所述过采样率确定数字抽取滤波器sinc

根据所述幅频响应表达式计算得到所有频率的谐波信号对应的所有谐波校正增益值，生成谐波校正增益值序列表；

将所述谐波校正增益值序列表作为预设谐波校正增益值序列表。

可选地，监测校正模块A20，还用于：

所述数字抽取滤波器sinc

H(z)＝[(1-z-N)/(N×(1-z-1))]

所述幅频响应表达式为：

H(f)＝|sin(Nπf/f

其中，H(z)为数字抽取滤波器sinc

可选地，监测校正模块A20，还用于：

G(n)＝1/H(nf

其中，f

可选地，监测校正模块A20，还用于：

计算预设调制频率和预设采样率的比例值，并将所述比例值作为过采样率。

可选地，监测校正模块A20，还用于：

关联存储所述所有频率的谐波信号的频率值与所述所有谐波校正增益值至预设表格，生成谐波校正增益值序列表。

可选地，信号接收模块A10，还用于：

接收输入的谐波模拟信号并将所述谐波模拟信号转化为谐波数字信号；

将所述谐波数字信号转化为频谱监测幅值。

此外，本发明还提出一种电能计量设备，所述电能计量设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的谐波校正程序，所述处理器执行所述谐波校正程序时实现如以上实施例所述的谐波校正方法的步骤。

本发明的电能计量设备具体实施方式与上述谐波校正方法各实施例基本相同，在此不再赘述。

此外，本发明还提出一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质包括谐波校正程序，所述谐波校正程序被处理器执行时实现如以上实施例所述的谐波校正方法的步骤。

本发明可读存储介质具体实施方式与上述谐波校正方法各实施例基本相同，在此不再赘述。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是电视机，手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

在本发明中，术语“第一”“第二”“第三”“第四”“第五”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，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。

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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，本发明保护的范围并不局限于此，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、修改和替换，这些变化、修改和替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。