[实用新型]基于布莱克曼-哈里斯窗频谱校正的新型智能电能表

说明书

技术领域

本实用新型属于电力计量技术领域，具体涉及一种基于Blackman-harris窗频谱校正的新型智能电能表，即一种基于布莱克曼-哈里斯窗频谱校正的新型智能电能表。

背景技术

随着中国社会用电量迅速增长，国家电网公司提出“建设坚强的智能化电网”的目标，国家电网相继推出Q／GDW 356-2009《三相智能电能表型式规范》、Q／GDW 357-2009《0.2S级三相智能电能表技术规范》等相关标准，对智能电表提出更高的技术要求，从传统普通功能型向高精度、分时段、多功能等高科技含量和高附加值的方向发展。同时，非线性设备在电力系统中得到广泛应用，由此带来的谐波问题对电力系统安全、稳定、经济运行构成的威胁日趋严重，智能电表中的基波电能计量、谐波电能计量越来越被用户重视。

基波、谐波的检测技术一般有：（1）基于频域分析的FFT方法，其特点是电网频率波动时，检测精度较低；（2）滤波器检测谐波方法，其特点是难以获得理想频率特性；（3）基于瞬时无功功率理论的方法，其特点是计算量大，处理复杂；（4）基于神经网络理论和小波变换的方法，其特点是计算量大，难以在嵌入式系统中实现。

基于FFT的基波、谐波分析算法，易于在DSP（数字信号处理器）上实现，是当今应用最广泛的一种谐波分析方法。在电力系统中，电网电压、电流畸变导致基波频率变化，由于非同步采样造成FFT算法存在频谱泄露和栅栏效应等问题，使得基波与谐波检测的精度受到影响。减少FFT算法的频谱泄露和栅栏效应影响、提高电测量中基波和各谐波检测精度是电测量信号分析和电能质量管理中的难题。

涉及谐波计量的已有专利文件包括“测量工厂谐波的方法和测量仪”（200310105446.2），“计量工厂谐波的方法和计量仪”（200310105446.2），“电力系统谐波定量计量方法和计量仪”（98110414.2），等。其发明的目的是精确定量地测量电力系统中谐波电压、电流的动态特性。已有技术的不足之处是：已有技术提供了一些基波与谐波测量的电气设备设计方法，但由于谐波具有多样性、随机性和多态性等特征，基波频率波动造成的频谱泄露和栅栏效应依然存在，且当面对弱信号提取或复杂信号进行分析时存在较大误差，因此实时、高精度的基波与谐波测量分析难以实现。

发明内容

为克服已有技术的不足，本实用新型提供一种基于Blackman-harris窗频谱校正的新型智能电能表，即一种基于布莱克曼-哈里斯窗频谱校正的新型智能电能表，实现高准确度

谐波计量、多次谐波参数统计与分析及分时段、多功能的技术方案。

本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型的基于布莱克曼-哈里斯窗频谱校正的新型智能电能表，包括依次连接的电阻分压网络和CT电阻取样网络、信号调理专用计量芯片、DSP数据处理器、数据管理专用芯片MCU及其外围电路实时时钟、FRAM与FLASH存储器、通信接口、图形点阵液晶。

上述技术方案中，专用计量芯片和DSP处理器采用专用SPORT口相连，DSP处理器和MCU芯片采用异步串行总线UART口相连，MCU 芯片外部同时连接并控制实时时钟、FRAM与FLASH存储器、通信接口电路、图形点阵液晶。

上述技术方案中，所述的专用计量芯片为6通道同步采样专用计量芯片，型号为TDK6513H。

上述技术方案中，所述的DSP数据处理器芯片型号为TMS320VC5502。

上述技术方案中，所述的数据管理专用芯片MCU型号为M30624FGPFP。

本实用新型的基于Blackman-harris窗频谱校正的新型智能电能表，主要由三部分组成：

（1）信号调理部分，将电网系统中额定值为220V或1.5A的电压电流模拟信号，通过电阻分压网络和CT电阻取样网络，变成≤250mV的交流小信号送入具有原始ADC转换数据输出的6通道同步采样专用计量芯片；

（2）数据处理部分，采样数据通过计量芯片专用接口送入DSP数据处理部分，ADC转换数字量经过数字低通滤波、直流偏置校正、比差和角差校正后，采用Blackman-harris窗对信号进行加窗FFT处理，运用双谱线插值和多项式拟合技术检测被测信号中的基波和各谐波量；

(3)数据管理部分，包括MCU芯片、实时时钟、FRAM与FLASH存储器、通信接口电路、图形点阵液晶，由MCU为核心管理基波、各谐波量及实现分时段、多功能，采用图形化点阵液晶显示谐波柱状分析图。

工作原理