CN117147962A - 一种多adc自适应的高准确度电能计量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多ADC自适应的高准确度电能计量方法及系统，其中方法包括：将三路电压和三路电流信号同时输入至第一运算放大器和同时输入至第二运算放大器；将所述第一运算放大器输出的第一电信号输入至第一模数转换器ADC1；将所述第二运算放大器输出的第二电信号输入至第二模数转换器ADC2；采集所述第一模数转换器ADC1输出的第一波形数据以及所述第二模数转换器ADC2输出的第二波形数据；通过所述第一波形数据进行电能计量，当所述第一模数转换器ADC1满量程时，通过高精度状态自适应快速电能计量算法，进行量程切换，基于所述第二波形数据对所述第一波形数据中满量程部分进行电能补偿。

Description

一种多ADC自适应的高准确度电能计量方法及系统

技术领域

本发明涉及电能计量技术领域，更具体地，涉及一种多ADC自适应的高准确度电能计量方法及系统。

背景技术

关口电量数据是支撑新型电力系统下公司新能源调度、电力市场化交易、经济技术考核的重要依据，关口电能表作为电量数据的核心载体，有必要保证其准确可靠。目前统调发电上网关口、跨区输电关口通常采用国外产品，国产化程度较低。国外关口电能表在功能扩展、安全防护等方面与国内相关要求不一致，制约了关口电能表时钟、费率时段等远程管理的开展，增加了运维成本。近几年，国产关口电能表研制取得了一定突破，但其中关键器件仍采用国外产品。

关口电能表通常采用独立ADC+MCU架构实现电能计量，关口电能表对ADC、电压基准、时钟芯片、采样电阻等核心芯片器件有较高要求，目前电压基准、时钟芯片、采样电阻的国产产品基本能对标同类国外产品，但是国产ADC指标距离国外产品仍有差距，尤其是影响准确性的采样位数短时间内无法提升，目前国外ADC为24位多通道同步采样，国内ADC为16位多通道。

因此需要基于国产ADC芯片器件的水平开展国产化关口电能表的采样与计量算法设计。

发明内容

本发明技术方案提供一种多ADC自适应的高准确度电能计量方法及系统，以解决如何基于国产ADC，实现高准确度的电能计量。

为了解决上述问题，本发明提供了一种多ADC自适应的高准确度电能计量方法，所述方法包括：

将三路电压和三路电流信号同时输入至第一运算放大器和同时输入至第二运算放大器；

将所述第一运算放大器输出的第一电信号输入至第一模数转换器ADC1；

将所述第二运算放大器输出的第二电信号输入至第二模数转换器ADC2；

采集所述第一模数转换器ADC1输出的第一波形数据以及所述第二模数转换器ADC2输出的第二波形数据；

通过所述第一波形数据进行电能计量，当所述第一模数转换器ADC1满量程时，基于所述第二波形数据对所述第一波形数据中满量程部分进行电能补偿。

优选地，所述高精度状态自适应快速电能计量算法同时包括：Fir零步长角差补偿算法和基于Nuttall窗函数快速电能计量算法。

优选地，所述Fir零步长角差补偿算法包括：

基于FIR滤波器，将三相电压信号以及三相电流信号进行同步，所述FIR滤波器差分方程为：

y(i)＝x(i)+βx(i-1) 式1

其中，i为采样点，x(i)为输入电压、电流信号，y(i)为输出电压、电流信号，β为延迟增益，所述FIR滤波器的整体相移D为：

通过上式确定延迟增益β为：

其中，ω为信号的角频率，为待补偿角度；

当小于预设阈值时，基于待补偿角度整体相移D确定延迟增益β。

优选地，所述基于Nuttall窗函数快速电能计量算法，包括：

假设功率因数为1.0，A B C三相电压、A B C三相电流的瞬时值分别为：

其中，u_A、u_B、u_C分别为A B C三相电压，t为时间，ω为信号的角频率，分别为A B C三相待补偿角度，i_A、i_B、i_C分别为A B C三相电流，θ_A、θ_B、θ_C分别为A B C三相电流相角，则A B C三相的瞬时有功功率P_A、P_B、P_C瞬时值表示为：

总的瞬时有功功率P_ALL是三相功率的代数和，即：

令其中，P_const为用于电能累计的功率，则上式表示为：

令则上式表示为：

其中，

获取一个脉冲时段Taccu总电量为：

基于式9计算，当三相平衡时，即：

U_A＝U_B＝U_C

I_A＝I_B＝I_C

当脉冲时段T_accu为K为整数时，式9变为：

当三相不平衡以及K不为整数时，基于分量，设计Nuttall窗滤波器，过滤脉冲时段T_accu总电量中的2ω分量，从而达到稳定的脉冲时段T_accu总电量

四项三阶Nuttall窗抑制旁瓣能量泄露的表达式如下：

式中，M为窗函数的项数；N为窗函数的长度，m为单个窗函数的项数，n＝0,1,…,N-1；满足条件

优选地，所述第一运算放大器为1：16运算放大器；

所述第二运算放大器为1：1运算放大器；

所述第一模数转换器ADC1和所述第二模数转换器ADC2为8位多通道。

优选地，当所述第一模数转换器ADC1满量程时，基于所述第二波形数据对所述第一波形数据中满量程部分进行电能补偿，还包括：

当所述第一模数转换器ADC1满量程时，通过高精度状态自适应快速电能计量算法，进行量程切换，基于所述第二波形数据对所述第一波形数据中满量程部分进行电能补偿。

基于本发明的另一方面，本发明提供一种多ADC自适应的高准确度电能计量系统，所述系统包括：

输入单元，用于将三路电压和三路电流信号同时输入至第一运算放大器和同时输入至第二运算放大器；将所述第一运算放大器输出的第一电信号输入至第一模数转换器ADC1；将所述第二运算放大器输出的第二电信号输入至第二模数转换器ADC2；

采集单元，用于采集所述第一模数转换器ADC1输出的第一波形数据以及所述第二模数转换器ADC2输出的第二波形数据；

计量单元，用于通过所述第一波形数据进行电能计量，当所述第一模数转换器ADC1满量程时，基于所述第二波形数据对所述第一波形数据中满量程部分进行电能补偿。

优选地，所述高精度状态自适应快速电能计量算法同时包括：Fir零步长角差补偿算法和基于Nuttall窗函数快速电能计量算法。

优选地，所述Fir零步长角差补偿算法包括：

基于FIR滤波器，将三相电压信号以及三相电流信号进行同步，所述FIR滤波器差分方程为：

y(i)＝x(i)+βx(i-1) 式1

其中，i为采样点，x(i)为输入电压、电流信号，y(i)为输出电压、电流信号，β为延迟增益，所述FIR滤波器的整体相移D为：

通过上式确定延迟增益β为：

其中，ω为信号的角频率，为待补偿角度；

当小于预设阈值时，基于待补偿角度整体相移D确定延迟增益β。

优选地，所述基于Nuttall窗函数快速电能计量算法，包括：

假设功率因数为1.0，A B C三相电压、A B C三相电流的瞬时值分别为：

其中，u_A、u_B、u_C分别为A B C三相电压，t为为时间，ω为信号的角频率，分别为A B C三相待补偿角度，i_A、i_B、i_C分别为A B C三相电流，θ_A、θ_B、θ_C分别为A B C三相电流相角，则A B C三相的瞬时有功功率P_A、P_B、P_C瞬时值表示为：

总的瞬时有功功率P_ALL是三相功率的代数和，即：

令其中，P_const为用于电能累计的功率，则上式表示为：

令则上式表示为：

其中，

获取一个脉冲时段Taccu总电量为：

基于式9计算，当三相平衡时，即：

U_A＝U_B＝U_C

I_A＝I_B＝I_C

当脉冲时段T_accu为K为整数时，式9变为：

当三相不平衡以及K不为整数时，基于分量，设计Nuttall窗滤波器，过滤脉冲时段T_accu总电量中的2ω分量，从而达到稳定的脉冲时段T_accu总电量

四项三阶Nuttall窗抑制旁瓣能量泄露的表达式如下：

式中，M为窗函数的项数；N为窗函数的长度，m为单个窗函数的项数，n＝0,1,…,N-1；满足条件

优选地，所述第一运算放大器为1：16运算放大器；

所述第二运算放大器为1：1运算放大器；

所述第一模数转换器ADC1和所述第二模数转换器ADC2为8位多通道。优选地，所述计量单元用于当所述第一模数转换器ADC1满量程时，基于所述第二波形数据对所述第一波形数据中满量程部分进行电能补偿，还用于：

当所述第一模数转换器ADC1满量程时，通过高精度状态自适应快速电能计量算法，进行量程切换，基于所述第二波形数据对所述第一波形数据中满量程部分进行电能补偿。

基于本发明的另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行一种多ADC自适应的高准确度电能计量方法。

基于本发明的另一方面，本发明提供一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器和存储器；其中，

所述存储器，用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现一种多ADC自适应的高准确度电能计量方法。

基于本发明的一个方面，本发明提供一种多ADC自适应的高准确度电能表，其特征在于，所述电能表用于执行权利要求1-6中任一项所述的方法。

本发明技术方案提供一种多ADC自适应的高准确度电能计量方法及系统，其中方法包括：将三路电压和三路电流信号分别输入至第一运算放大器和第二运算放大器；将第一运算放大器输出的第一电信号输入至第一模数转换器ADC1；将第二运算放大器输出的第二电信号输入至第二模数转换器ADC2；同时采集第一模数转换器ADC1输出的第一波形数据以及第二模数转换器ADC2输出的第二波形数据；通过第一波形数据进行电能计量，当第一模数转换器ADC1满量程时，通过高精度状态自适应快速电能计量算法，进行量程切换，基于第二波形数据对第一波形数据中满量程部分进行电能补偿。本发明技术方案通过采用多ADC的采样方式，结合多路ADC切换实现对ADC位数不足的补充。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的一种多ADC自适应的高准确度电能计量方法流程图；

图2为根据本发明优选实施方式的高精度可程控双AD同步采样原理示意图；

图3为根据本发明优选实施方式的高精度状态自适应电能计量算法流程图；以及

图4为根据本发明优选实施方式的一种多ADC自适应的高准确度电能计量系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的一种多ADC自适应的高准确度电能计量方法流程图。本发明形成基于国产ADC的关口电能表采样模块，通过采用多ADC采样方式，结合多路ADC切换实现对ADC位数不足的补充；本发明建立与采样模块相匹配的自适应快速电能计量算法，在不降低关口电能表的技术指标下实现国产化。

本发明在宽量程采样方面设计高精度可程控双ADC同步采样技术弥补现有国产ADC无法满足24位多路同步采样缺陷。基于高准确度动态计量需求和双ADC同步采样技术，提出一种高精度状态自适应快速电能计量算法。

如图1所示，本发明提供一种多ADC自适应的高准确度电能计量方法，方法包括：

步骤101：将三路电压和三路电流信号同时输入至第一运算放大器和同时输入至第二运算放大器；

步骤102：将第一运算放大器输出的第一电信号输入至第一模数转换器ADC1；

步骤103：将第二运算放大器输出的第二电信号输入至第二模数转换器ADC2；

步骤104：采集第一模数转换器ADC1输出的第一波形数据以及第二模数转换器ADC2输出的第二波形数据；

优选地，第一运算放大器为1：16运算放大器；

第二运算放大器为1：1运算放大器；

第一模数转换器ADC1和第二模数转换器ADC2为8位多通道。

如图2所示，本发明提出的高精度可程控双AD同步采样技术由两片独立的运算放大器、16位ADC以及MCU组成。其采集过程如下，首先把三路电压和三路电流信号输入至一个1:16的运算放大器和一个1:1的运算放大器，运算放大器输入至ADC1和ADC2，两块ADC进行同时采样，ADC1和ADC2在MCU的控制下，采用PWM技术实现每周波128点同步采样，对ADC1的波形数据乘以16倍，对ADC2波形数据乘以1。

步骤105：通过第一波形数据进行电能计量，当第一模数转换器ADC1满量程时，基于第二波形数据对第一波形数据中满量程部分进行电能补偿。

优选地，当第一模数转换器ADC1满量程时，基于第二波形数据对第一波形数据中满量程部分进行电能补偿，还包括：

当第一模数转换器ADC1满量程时，通过高精度状态自适应快速电能计量算法，进行量程切换，基于第二波形数据对第一波形数据中满量程部分进行电能补偿。

本发明中，当ADC1满量程时，会出现削顶现象发生波形失真，此时需要根据存储在MCU的波形数据进行重构，通过双缓冲方式暂存切换瞬间波形，结合高精度状态自适应快速电能计量算法实现40ms波形缓冲区电能补偿，当发现ADC1削顶，采用另外一片ADC2数据暂存的40ms波形数据进行电能补偿。

优选地，高精度状态自适应快速电能计量算法同时包括：Fir零步长角差补偿算法和基于Nuttall窗函数快速电能计量算法。

优选地，Fir零步长角差补偿算法包括：

基于FIR滤波器，将三相电压信号以及三相电流信号进行同步，FIR滤波器差分方程为：

y(i)＝x(i)+βx(i-1) 式1

其中，i为采样点，x(i)为输入电压、电流信号，y(i)为输出电压、电流信号，β为延迟增益，FIR滤波器的整体相移D为：

通过上式确定延迟增益β为：

其中，ω为信号的角频率，为待补偿角度；

当小于预设阈值时，基于待补偿角度整体相移D确定延迟增益β。

优选地，基于Nuttall窗函数快速电能计量算法，包括：

假设功率因数为1.0，A B C三相电压、A B C三相电流的瞬时值分别为：

其中，u_A、u_B、u_C分别为A B C三相电压，t为时间，ω为信号的角频率，分别为A B C三相待补偿角度，i_A、i_B、i_C分别为A B C三相电流，θ_A、θ_B、θ_C分别为A B C三相电流相角，则A B C三相的瞬时有功功率P_A、P_B、P_C瞬时值表示为：

总的瞬时有功功率P_ALL是三相功率的代数和，即：

令其中，P_const为用于电能累计的功率，则上式表示为：

令则上式表示为：

其中，

获取一个脉冲时段Taccu总电量为：

基于式9计算，当三相平衡时，即：

U_A＝U_B＝U_C

I_A＝I_B＝I_C

当脉冲时段T_accu为K为整数时，式9变为：

当三相不平衡以及K不为整数时，基于分量，设计Nuttall窗滤波器，过滤脉冲时段T_accu总电量中的2ω分量，从而达到稳定的脉冲时段T_accu总电量

四项三阶Nuttall窗抑制旁瓣能量泄露的表达式如下：

式中，M为窗函数的项数；N为窗函数的长度，m为单个窗函数的项数，n＝0,1,…,N-1；满足条件

本发明通过高精度状态自适应电能计量算法实现对动态交流信号的宽范围高精度精确计量，本算法主要有Fir零步长角差补偿算法、基于Nuttall窗函数快速电能计量算法以及状态自适应切换算法三部分组成。

首先，通过高精度可程控双AD同步采样技术完成六路电压、电流信号同步采样，确保ADC在测量宽范围内的线性度，其次采用fir无缝角差补偿算法、基于Nuttall窗函数实现电参量的快速计算，通过精准、快速的量测预判及数据处理技术，在极短时间内完成量测的切换，最后，通过阈值波形区方式对量测切换过程中导致的电能误差进行精确补偿，实现高精度状态自适应快速电能计量算法。

(1)fir无缝角差补偿算法

本发明利用FIR滤波是线性相移的特点，实现对电压或电流信号进行小数个时刻的相移，可以将不同步的电压及电流信号变换为同一时刻的值。滤波器差分方程如下：

y(i)＝x(i)+βx(i-1) (1)

其中β为延迟增益，滤波器的整体相移D为：

从2可以解出来延迟增益β为：

其中ω为信号的角频率，设待补偿的角度为即根据AD采集的电压与电流延时计算出来需要补偿角度。

当较小时候故根据与D可以计算出来相移β。

这个算法可以看成是线性补偿，实际应用中需要对进行小幅度的调整达到满意的补偿效果。

下表是根据实际验证对补偿的角差进行修正，其修正查找表如表。

表 角度修正速查表

正偏(°)	修正(°)	正偏(°)	修正(°)
				1	1	8	8
2	2	9	9
				3	3.05	10	9.9
4	4	11	10.9
				5	5	12	11.8
6	6	13	12.8

(2)Nuttall窗函数电能计量快速累加算法

假设功率因数为1.0,A B C三相电压、电流的瞬时值分别为：

则A B C三相的瞬时有功功率瞬时值可以表示为：

总的瞬时有功功率PALL是三相功率的代数和，即：

令上式可以表示为：

令则上式可以表示为：

其中，

从而一个脉冲时段Taccu总电量为：

从式8可以看出，总瞬时功率是一个频率为2ω的正弦曲线，从式9可看出，当三相平衡时，即

U_A＝U_B＝U_C

I_A＝I_B＝I_C

或者脉冲时段Taccu正好为K为整数时，式9可变为：

显然，在大多数现场，这两种条件都很难满足，为了解决式9存在的问题，可针对分量，设计Nuttall窗滤波器，来过滤掉中的2ω分量，从而达到稳定的脉冲电量

四项三阶Nuttall窗抑制旁瓣能量泄露的性能最好，表达式如下:

式中，M为窗函数的项数；N为窗函数的长度，n＝0,1,…,N-1；满足条件本发明设计滤波系数如下：b0＝0.339046，b1＝0.481980，b2＝0.161053，b3＝0.018031。

本发明可应用于发电厂、变电站的发电上网、跨区输电、跨省输电等关口计量点，也适用于新能源并网、冲击负荷用户等各类场景。

本发明设计了一种自主可控的高精度状态自适应快速电能计量算法，主要由高精度可程控双AD同步采样技术与高精度状态自适应电能计量算法二部分组成，

结合现有国产ADC芯片缺陷，本发明设计了一种宽量程双路ADC同步采样技术，结合新能源下对电能计量需求，设计了高精度状态自适应快速电能计量算法。

图4为根据本发明优选实施方式的一种多ADC自适应的高准确度电能计量系统结构图。

如图4所示，本发明提供一种多ADC自适应的高准确度电能计量系统，系统包括：

输入单元401，用于将三路电压和三路电流信号同时输入至第一运算放大器和同时输入至第二运算放大器；将第一运算放大器输出的第一电信号输入至第一模数转换器ADC1；将第二运算放大器输出的第二电信号输入至第二模数转换器ADC2；

采集单元402，用于采集第一模数转换器ADC1输出的第一波形数据以及第二模数转换器ADC2输出的第二波形数据；

计量单元403，用于通过第一波形数据进行电能计量，当第一模数转换器ADC1满量程时，基于第二波形数据对第一波形数据中满量程部分进行电能补偿。

优选地，计量单元用于当第一模数转换器ADC1满量程时，基于第二波形数据对第一波形数据中满量程部分进行电能补偿，还用于：

当第一模数转换器ADC1满量程时，通过高精度状态自适应快速电能计量算法，进行量程切换，基于第二波形数据对第一波形数据中满量程部分进行电能补偿。

优选地，第一运算放大器为1：16运算放大器；

第二运算放大器为1：1运算放大器；

第一模数转换器ADC1和第二模数转换器ADC2为8位多通道。

优选地，高精度状态自适应快速电能计量算法同时包括：Fir零步长角差补偿算法和基于Nuttall窗函数快速电能计量算法。

优选地，Fir零步长角差补偿算法包括：

基于FIR滤波器，将三相电压信号以及三相电流信号进行同步，FIR滤波器差分方程为：

y(i)＝x(i)+βx(i-1) 式1

其中，i为采样点，x(i)为输入电压、电流信号，y(i)为输出电压、电流信号，β为延迟增益，FIR滤波器的整体相移D为：

通过上式确定延迟增益β为：

其中，ω为信号的角频率，为待补偿角度；

当小于预设阈值时，基于待补偿角度整体相移D确定延迟增益β。

优选地，基于Nuttall窗函数快速电能计量算法，包括：

假设功率因数为1.0，A B C三相电压、A B C三相电流的瞬时值分别为：

其中，u_A、u_B、u_C分别为A B C三相电压，t为时间，ω为信号的角频率，分别为A B C三相待补偿角度，i_A、i_B、i_C分别为A B C三相电流，θ_A、θ_B、θ_C分别为A B C三相电流相角，则A B C三相的瞬时有功功率P_A、P_B、P_C瞬时值表示为：

总的瞬时有功功率P_ALL是三相功率的代数和，即：

令其中，P_const为用于电能累计的功率，则上式表示为：

令则上式表示为：

其中，

获取一个脉冲时段Taccu总电量为：

基于式9计算，当三相平衡时，即：

U_A＝U_B＝U_C

I_A＝I_B＝I_C

当脉冲时段T_accu为K为整数时，式9变为：

当三相不平衡以及K不为整数时，基于分量，设计Nuttall窗滤波器，过滤脉冲时段T_accu总电量中的2ω分量，从而达到稳定的脉冲时段T_accu总电量

四项三阶Nuttall窗抑制旁瓣能量泄露的表达式如下：

式中，M为窗函数的项数；N为窗函数的长度，m为单个窗函数的项数，n＝0,1,…,N-1；满足条件

本发明提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序用于执行一种多ADC自适应的高准确度电能计量方法。

本发明提供一种电子设备，电子设备包括：处理器和存储器；其中，

存储器，用于存储处理器可执行指令的存储器；

处理器，用于从存储器中读取可执行指令，并执行指令以实现一种多ADC自适应的高准确度电能计量方法。

本发明提供一种多ADC自适应的高准确度电能表，电能表用于执行一种多ADC自适应的高准确度电能计量方法。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (15)

1.一种多ADC自适应的高准确度电能计量方法，所述方法包括：

将三路电压和三路电流信号同时输入至第一运算放大器和同时输入至第二运算放大器；

将所述第一运算放大器输出的第一电信号输入至第一模数转换器ADC1；

将所述第二运算放大器输出的第二电信号输入至第二模数转换器ADC2；

采集所述第一模数转换器ADC1输出的第一波形数据以及所述第二模数转换器ADC2输出的第二波形数据；

通过所述第一波形数据进行电能计量，当所述第一模数转换器ADC1满量程时，基于所述第二波形数据对所述第一波形数据中满量程部分进行电能补偿。

2.根据权利要求1所述的方法，所述高精度状态自适应快速电能计量算法包括：Fir零步长角差补偿算法和基于Nuttall窗函数快速电能计量算法。

3.根据权利要求2所述的方法，所述Fir零步长角差补偿算法包括：

基于FIR滤波器，将三相电压信号以及三相电流信号进行同步，所述FIR滤波器差分方程为：

y(i)＝x(i)+βx(i-1) 式1

其中，i为采样点，x(i)为输入电压、电流信号，y(i)为输出电压、电流信号，β为延迟增益，所述FIR滤波器的整体相移D为：

通过上式确定延迟增益β为：

其中，ω为信号的角频率，为待补偿角度；

当小于预设阈值时，基于待补偿角度整体相移D确定延迟增益β。

4.根据权利要求2所述的方法，所述基于Nuttall窗函数快速电能计量算法，包括：

假设功率因数为1.0，ABC三相电压、ABC三相电流的瞬时值分别为：

其中，u_A、u_B、u_C分别为A B C三相电压，t为时间，ω为信号的角频率，分别为A B C三相待补偿角度，i_A、i_B、i_C分别为A B C三相电流，θ_A、θ_B、θ_C分别为A B C三相电流相角，则A B C三相的瞬时有功功率P_A、P_B、P_C瞬时值表示为：

总的瞬时有功功率P_ALL是三相功率的代数和，即：

令其中，P_const为用于电能累计的功率，则上式表示为：

令则上式表示为：

其中，

获取一个脉冲时段Taccu总电量为：

基于式9计算，当三相平衡时，即：

U_A＝U_B＝U_C

I_A＝I_B＝I_C

当脉冲时段T_accu为K为整数时，式9变为：

当三相不平衡以及K不为整数时，基于分量，设计Nuttall窗滤波器，过滤脉冲时段T_accu总电量中的2ω分量，从而达到稳定的脉冲时段T_accu总电量

四项三阶Nuttall窗抑制旁瓣能量泄露的表达式如下：

式中，M为窗函数的总项数；N为窗函数的长度，m为单个窗函数的项数，n＝0,1,…,N-1；满足条件

5.根据权利要求1所述的方法，所述第一运算放大器为1：16运算放大器；

所述第二运算放大器为1：1运算放大器；

所述第一模数转换器ADC1和所述第二模数转换器ADC2为8位多通道。

6.根据权利要求1所述的方法，当所述第一模数转换器ADC1满量程时，基于所述第二波形数据对所述第一波形数据中满量程部分进行电能补偿，还包括：

当所述第一模数转换器ADC1满量程时，通过高精度状态自适应快速电能计量算法，进行量程切换，基于所述第二波形数据对所述第一波形数据中满量程部分进行电能补偿。

7.一种多ADC自适应的高准确度电能计量系统，所述系统包括：

输入单元，用于将三路电压和三路电流信号同时输入至第一运算放大器和同时输入至第二运算放大器；将所述第一运算放大器输出的第一电信号输入至第一模数转换器ADC1；将所述第二运算放大器输出的第二电信号输入至第二模数转换器ADC2；

采集单元，用于采集所述第一模数转换器ADC1输出的第一波形数据以及所述第二模数转换器ADC2输出的第二波形数据；

计量单元，用于通过所述第一波形数据进行电能计量，当所述第一模数转换器ADC1满量程时，基于所述第二波形数据对所述第一波形数据中满量程部分进行电能补偿。

8.根据权利要求7所述的系统，所述高精度状态自适应快速电能计量算法包括：Fir零步长角差补偿算法和基于Nuttall窗函数快速电能计量算法。

9.根据权利要求8所述的系统，所述Fir零步长角差补偿算法包括：

基于FIR滤波器，将三相电压信号以及三相电流信号进行同步，所述FIR滤波器差分方程为：

y(i)＝x(i)+βx(i-1) 式1

其中，i为采样点，x(i)为输入电压、电流信号，y(i)为输出电压、电流信号，β为延迟增益，所述FIR滤波器的整体相移D为：

通过上式确定延迟增益β为：

其中，ω为信号的角频率，为待补偿角度；

当小于预设阈值时，基于待补偿角度整体相移D确定延迟增益β。

10.根据权利要求8所述的系统，所述基于Nuttall窗函数快速电能计量算法，包括：

假设功率因数为1.0，ABC三相电压、ABC三相电流的瞬时值分别为：

其中，u_A、u_B、u_C分别为A B C三相电压，t为时间，ω为信号的角频率，分别为A B C三相待补偿角度，i_A、i_B、i_C分别为A B C三相电流，θ_A、θ_B、θ_C分别为A B C三相电流相角，则A B C三相的瞬时有功功率P_A、P_B、P_C瞬时值表示为：

总的瞬时有功功率P_ALL是三相功率的代数和，即：

令其中，P_const为用于电能累计的功率，则上式表示为：

令则上式表示为：

其中，

获取一个脉冲时段Taccu总电量为：

基于式9计算，当三相平衡时，即：

U_A＝U_B＝U_C

I_A＝I_B＝I_C

当脉冲时段T_accu为K为整数时，式9变为：

当三相不平衡以及K不为整数时，基于分量，设计Nuttall窗滤波器，过滤脉冲时段T_accu总电量中的2ω分量，从而达到稳定的脉冲时段T_accu总电量

四项三阶Nuttall窗抑制旁瓣能量泄露的表达式如下：

式中，M为窗函数的项数；N为窗函数的长度，m为单个窗函数的项数，n＝0,1,…,N-1；满足条件

11.根据权利要求7所述的系统，所述第一运算放大器为1：16运算放大器；

所述第二运算放大器为1：1运算放大器；

所述第一模数转换器ADC1和所述第二模数转换器ADC2为8位多通道。

12.根据权利要求7所述的系统，所述计量单元用于当所述第一模数转换器ADC1满量程时，基于所述第二波形数据对所述第一波形数据中满量程部分进行电能补偿，还用于：

当所述第一模数转换器ADC1满量程时，通过高精度状态自适应快速电能计量算法，进行量程切换，基于所述第二波形数据对所述第一波形数据中满量程部分进行电能补偿。

13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行权利要求1-6中任一项所述的方法。

14.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器和存储器；其中，

所述存储器，用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现权利要求1-6中任一项所述的方法。

15.一种多ADC自适应的高准确度电能表，其特征在于，所述电能表用于执行权利要求1-6中任一项所述的方法。