[发明专利]一种基波提取及基波有功功率计量方法和装置

说明书

本发明属于数字信号处理技术领域，具体涉及一种基波提取及基波有功功率计量方法和装置。该方法包括如下步骤：通过数据采集单元从电网获取一对电压和电流的瞬时采样信号，将两个信号送入基波提取单元得到电压和电流的基波信号，再将得到经过滤波的高采样率的电压和电流基波信号送入乘法器得到基波瞬时有功功率，然后再经过IIR低通滤波器滤除高频干扰，最后对瞬时有功功率进行多周波平均，得到基波平均有功功率。既能提高运算速度，减少延时，还能进一步抵抗量化带来的滤波器性能损失，提高功率计量精度。

技术领域

本发明属于数字信号处理技术领域，具体涉及一种基波提取及基波有功功率计量方法和装置。

背景技术

随着智能电网的推广，数字电能测量技术快速发展，同时用电负荷日趋复杂化和多样化，电力电子设备的大量使用造成配电网中谐波、间谐波和噪声的含量大幅增加。带给公用电网的谐波污染日益严重，对谐波的检测和治理引起高度关注。主网的相量算法在面临更为复杂的宽频带信号时，会产生较大的误差。在面临含有间谐波和噪声的宽频带信号时，相量精度的提升方案主要集中在改进相量算法方面。但这些算法在计算过程中面临计算量过大、需要知道宽频带信息较多的缺点，使得改进相量算法很难在实际配电网中应用。有的学者提出使用数字滤波器提升相量计算精度，但面对的问题多是基波信号发生动态调制或者是频率偏移的情况，没有讨论含间谐波情况下数字滤波器提升相量精度的方案。

目前市场计量产品中考虑的谐波次数普遍要求在40以上，计量频带范围的扩展使得基波相对带宽变窄，给基波的提取和电能计量精度带来挑战。对于提取基波的窄带低通滤波器设计而言，IIR结构相对FIR结构可大大降低滤波器阶数，但一般IIR结构的系数量化敏感性又导致量化之后滤波器性能的降低，影响功率计量精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基波提取及基波有功功率计量方法和装置，用以解决基波提取时降低滤波器阶数导致计量精度降低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基波提取方法，包括如下步骤：

1)在设定采样频率下，获得电压和/或电流的瞬时采样信号；

2)将步骤1)中得到的电压和/或电流的瞬时采样信号送入基波提取单元处理，得到电压和/或电流的基波采样信号；基波提取单元包括抽取模块、窄带低通滤波模块和插值合成模块，抽取模块用于对设定的采样频率下的输入信号进行抽取分解，以将初始高采样率输入信号分为并行的多路低采样率信号；窄带低通滤波模块用于对抽取模块得到的每一路低采样率信号分别进行窄带低通滤波处理；插值合成模块用于将窄带低通滤波后的各路低采样率信号插值重组为高采样率基波信号。

其有益效果为：通过对设定采样频率下取得的一组电压和/或电流瞬时采样信号进行抽取、窄带低通滤波、插值合成得到基波采样信号。通过对信号的抽取分解，降低采样频率，使得过滤带变宽，扩展后续窄带低通滤波器陡峭的过渡带，无需通过高阶滤波器便能得到高精度的提取结果，降低对滤波器的要求，从而降低设计难度，降低基波提取难度，提高运算速度，减少延时，减少误差，进一步抵抗量化带来的滤波器性能损失。

进一步地，步骤2)中抽取模块用于将输入信号分为并行的N路低采样率信号，每一路的采样率降为fs/N，fs为设定的采样率，N的取值根据关注的谐波次数以及采样频率决定，并满足奈奎斯特采样定理。

其有益效果为：保证后续提取得到基波信号不失真，有真实性、可靠性，进一步的提升提取效率。

进一步地，步骤2)中窄带低通滤波模块采用并联型IIR结构的低通滤波器，包括多个并行的子系统。

其有益效果为：可大大降低滤波器阶数，并能将系统函数分解为并行的子系统，各子系统平行，所产生的误差不会累积，量化误差小且运算速度最快。

进一步地，每个子系统均采用带量化补偿的直接II型结构。

其有益效果为：对参数量化非常敏感，对低频量化噪声具有抑制作用。