[发明专利]一种基于信号分离和精准积分的直流电能计量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于信号分离和精准积分的直流电能计量装置及方法：针对目前直流电能质量分析评价指标尚未定义且缺乏有效的检测技术，直流电能无法计量检测，不便于准确计费、结算的问题，提出一套直流电能计量装置及基于信号分离和精准积分的直流电能计量方法。首先通过小波阈值去噪算法对直流信号进行去噪处理，然后通过参数优化的变模态分解(VMD)算法将直流信号中的直流部分和若干纹波部分进行分离，最后通过复化辛甫生积分算法分别计算直流部分和纹波部分产生的电能。本方法适用于含有纹波、噪声干扰的直流电能计量，并且解决了直流电能和纹波产生的电能分别准确计算的问题。

技术领域

本发明属于发明涉及电能计量技术领域，具体涉及一种基于信号分离和精准积分的直流电能计量装置及方法。

背景技术

直流电在国民经济和社会生活中的应用日益广泛，其中直流供电形式的光伏发电、氢燃料电池等在光伏空调、汽车和城市轨道交通等领域的应用是新能源发展的重要方向。目前直流电能质量分析评价指标尚未定义且缺乏有效的检测技术，直流电能无法计量检测，不便于准确计费、结算，制约了直流电能相关产业的快速发展。这就要求设计一种适合直流电能计量的模型，来实现直流电能的准确计量。本专利从直流电能计量技术为基础，确定了一种基于信号分离和精准积分的直流电能计量装置及方法。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足，提出一种基于信号分离和精准积分的直流电能计量装置及方法。

本发明提供了一种直流电能计量装置，其特征在于，包括直流信号采集模块、信号分析处理模块、直流电能计算模块和触屏显示模块四个部分。所述直流信号采集模块包含直流电流、直流电压传感器，用于对直流电流和电压数据进行采集，所述直流信号采集模块的输出端与信号分离模块输入端相连；所述信号分析处理模块用于分别将直流电流、直流电压信号进行信号分离处理，所述信号分析处理模块的输出端与直流电能计算模块输入端相连；所述直流电能计算模块包含直流电能计算模块、纹波电能计算模块，用于分别计算直流信号的电能值和纹波信号的电能值，所述直流电能计算模块的输出端与触屏显示模块输入端相连；所述触屏显示模块用于设定采集频率和展示直流电能分析计算的结果。

应用所述基于信号分离和精准积分的直流电能计量方法主要包括以下步骤：

步骤1，直流信号采集模块对待测直流电流和电压进行采集，通过触屏显示模块调整频率同步，使直流电流、电压的采集频率相同；

步骤2，信号分析处理模块分别对采集的直流电流、电压信号进行滤波处理，去除噪声干扰；

步骤3，信号分析处理模块分别对滤波后的直流电流、电压信号进行信号分离处理，把信号分解为直流信号和纹波信号两部分；

步骤4，直流电能计算模块通过精准积分算法将直流电流、电压分量计算得出直流电能，将纹波电流、电压分量计算得出纹波电能；

步骤5，触屏显示模块显示直流电能计算结果，通过设定纹波含量阈值，若被测直流信号纹波含量超过设定阈值则进行报警提示。

优选的，步骤2中的滤波处理方式为：

小波阈值去噪算法，首先根据小波基函数和待测信号的特点，选择合适的小波基函数并确定分解层数N，用该小波基函数对噪声信号进行N层小波分解，得到经小波变换后的小波系数ω_j,i，其中包括目标信号对应的小波系数u_j,i和噪声信号对应的小波系数v_j,i。

然后根据小波分解后系数的不同幅值大小，选择软阈值进行量化处理，经过量化处理后的小波系数为：

其中λ为阈值，当ω_j,i0时sgn(ω_j,i)为1，当ω_j,i0时sgn(ω_j,i)为-1。