[发明专利]用于宽范围电能表中的小信号滤波算法

说明书

技术领域

本发明涉及电能计量领域，具体涉及用于宽范围电能表中的小信号滤波算法。

背景技术

随着国家智能电网建设的全面展开，越来越多的家庭用户都换装了全电子式智能电表，目前电子式智能电表大都采用计量芯片+计量管理MCU的工作模式，由计量芯片采集电参量信号，经内部处理和计算后将结果输出给计量管理MCU。为了保证采集信号的稳定性和有效性，传统的消除干扰信号的办法往往是在计量芯片的前级硬件电路加滤波网路，在计量芯片内部通过数字滤波算法对采样信号进行滤波，但是在输入信号非常微弱的情况下，计量芯片内部A/D失调，电压信号与电流信号通道间的窜扰过大以及计量芯片本身参考的不稳定等因素都将使传统的消除干扰的滤波方法失效，导致输出给计量管理MCU的数据不稳定，计量精度低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于计量管理MCU的小信号滤波算法，在输入信号很微弱的情况下，用以弥补计量芯片对采集信号滤波处理的失效，从而保证宽范围智能电表的基本电参数的稳定有效，满足市场需求。

本发明目的的实现方案是：一种用于宽范围电能表中的小信号滤波算法，针对计量芯片加计量管理MCU的工作模式；其特征在于，包括：(1)计量管理MCU在固定时间间隔从计量芯片读取各个电参量数据；(2)判断电参量输入信号是否小于小信号判断阀值，是则采用如下算法对电参量数据进行滤波：N为这个固定时间间隔内计量芯片对于每个电参量采样的数据点个数。

本发明算法占用极少的计量管理MCU资源，实时动态地对从计量芯片输入到计量管理MCU的所有基本电参量信号(包括电压、电流、功率信号)实施滤波处理。该算法能够根据小信号变化特性趋势，动态实施滤波，还可以包括滤波系数自动调整步骤，在信号快速变化时，滤波结果快速跟进，以保证灵敏度优先；在信号趋于稳定，在某一固定数值附近上下震荡时，以保证平稳度优先。

附图说明

图1为实施例提供的算法主程序流程图。

图2为实施例提供的滤波系数自动调整子程序流程图。

图3为实施例提供的滤波系数加速提高子程序流程图。

具体实施方式

如图1所示，计量管理MCU在固定的时间间隔从计量芯片读取各个电参量数据，当电参量输入信号幅值小于某个阀值时，计量管理MCU对电参量信号进行动态滤波处理。本实施例滤波算法通过对当前电参量数据值与上次滤波输出值进行加权，得到有效滤波值，使得输出对输入有反馈作用。具体公式为：其中N为这个固定时间间隔内计量芯片对于每个电参量采样的数据点个数。

在上面的公式中，一共需要进行四次乘/除法运算。对于一些没有乘/除法指令的单片机来说，需要用循环加/减法来实现乘/除法运算，经过多次数乘/除法运算会降低系统的效率。因此，为了提高单片机的运算速度我们需要将上述公式进行运算优化，如下：当新读取电参量数据＜上次滤波结果时，由如下公式计算：当新读取电参量数据＞上次滤波结果时，由如下公式计算：这样，经过判断之后只需要进行两次乘/除法运算即可完成，效率提高了一倍，大大地减轻了计量管理MCU在小信号滤波处理上的资源浪费。

此外，本实施例提供的滤波算法还有个特点：可以根据电参量信号的变化趋势，自动调整滤波系数。使得当数据快速变化时，滤波结果能及时跟进(即灵敏度优先)；并且数据变化越快，灵敏度应该越高。当数据趋于稳定，并在一个固定的点上下振荡时，滤波结果能趋于平稳(即平稳度优先)；当数据稳定后，滤波结果能逼近并最终等于采样数据(消除因小数舍弃带来的误差)。

如图2所示，滤波系数自动调整步骤包括：I.连续两次读取电参量数据，并比较当前电参数数值与上次滤波后结果数值的大小；II.通过比较大小对连续两次数据的变化方向进行判断，如果两次读取的当前电参数值都大于或者小于上次滤波后结果数值，则认为两次数据变化方向一致，反之则视为不一致；III.根据两次数据变化方向一致性的判断结果，滤滤波系数自动调整的原理如下：a)当两次数据变化方向不一致时，说明有抖动，将滤波系数清零，忽略本次新采样值；b)当两次数据变化方向一致时，逐渐提高滤波系数，提高本次新采样值的权。