一种谐波相位补偿方法及装置与流程

1.本技术涉及电能计量技术领域，尤其涉及一种谐波相位补偿方法及装置。


背景技术：

2.计量电能时,实时电网电压、电流信号分别经过电阻分压电路、仪用电流互感器与电阻取样电路送入电能计量装置。分压电路、电流互感器的比例误差和相位误差直接影响到计量结果的准确度。当电能计量装置工作在谐波条件下，若电流互感器相角误差发生改变，对各次谐波电流的转换比例不一致，输入模数转换器的被测信号发生变形，导致测量误差增大，因此，为了保证电能计量的准确性有必要对信号间的附加相位差进行相位补偿，保证采集后的信号间相位关系与信号的真实相位关系一致。
3.现有电能计量芯片的相位偏差校正模块的工作原理一般是基于电流/电压信号延时的方式。对计量芯片进行校正首先是对信号附加相位差进行估计。在生产和调试过程中，附加相位差一般借助电能表测试台进行。在功率因数为0条件下校正有功功率增益值后，在功率因数0.5l条件下测量计量误差。估计出信号附加相位差后将附加相位差转化为电流与电压之间的时间偏差。将电压或电流信号进行延时从而达到校正目的。然而，这种相位补偿方法没有考虑谐波信号，当要对谐波信号的有功功率等进行计量时存在过补偿问题。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种谐波相位补偿方法及装置，用于解决现有的相位补偿方法主要解决基波附加相位差问题，没有考虑谐波信号，当要对谐波信号的有功功率等进行计量时存在过补偿的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本技术第一方面提供了一种谐波相位补偿方法，包括：
6.获取经过前端调理电路处理的电信号；
7.根据所述电信号，通过全相位傅里叶变换处理，计算所述电信号各次谐波的谐波相位；
8.基于预设的功率因数，确定所述电信号的谐波基础相位差，结合所述谐波相位和谐波相位、谐波基础相位差与谐波附加相位差间的关系式，计算所述电信号各次谐波的谐波附加相位差；
9.根据所述谐波附加相位差，对所述电信号的各次谐波进行补偿。
10.优选地，所述电信号的表达式具体为：
[0011][0012]
式中，i(t)为电流信号，u(t)为电压信号，ω为基波角频率，k为谐波次数,u1为基波电压幅度，为电压信号第k次谐波的相位，i1为基波电流幅度，为电流信号第k次谐
波的相位，为原始电压电流相位差。
[0013]
优选地，所述谐波相位与谐波附加相位差的关系式具体为：
[0014][0015]
式中，为谐波相位，为谐波附加相位差，为谐波基础相位差，为电压信号第k次谐波的相位，为电流信号第k次谐波的相位。
[0016]
优选地，根据所述谐波附加相位差，对所述电信号的各次谐波进行补偿具体包括：
[0017]
根据所述谐波附加相位差，按照附加相位差转换公式，将所述谐波附加相位差转换为时间差，并根据所述时间差对所述电信号进行插值补偿，以得到补偿后的电信号。
[0018]
优选地，所述附加相位差转换公式具体为：
[0019][0020]
式中，δtk为时间差，fk为谐波频率，为谐波附加相位差，ω为基波角频率，k为谐波次数。
[0021]
本技术第二方面提供了一种谐波相位补偿装置，包括：
[0022]
电信号获取单元，用于获取经过前端调理电路处理的电信号；
[0023]
全相位傅里叶处理单元，用于根据所述电信号，通过全相位傅里叶变换处理，计算所述电信号各次谐波的谐波相位；
[0024]
附加相位差计算单元，用于基于预设的功率因数，确定所述电信号的谐波基础相位差，结合所述谐波相位和谐波相位、谐波基础相位差与谐波附加相位差间的关系式，计算所述电信号各次谐波的谐波附加相位差；
[0025]
电信号补偿单元，用于根据所述谐波附加相位差，对所述电信号的各次谐波进行补偿。
[0026]
优选地，所述电信号的表达式具体为：
[0027][0028]
式中，i(t)为电流信号，u(t)为电压信号，ω为基波角频率，k为谐波次数,u1为基波电压幅度，为电压信号第k次谐波的相位，i1为基波电流幅度，为电流信号第k次谐波的相位，为原始电压电流相位差。
[0029]
优选地，所述谐波相位与谐波附加相位差的关系式具体为：
[0030][0031]
式中，为谐波相位，为谐波附加相位差，为谐波基础相位差，为电压信号第k次谐波的相位，为电流信号第k次谐波的相位。
[0032]
优选地，根据所述电信号补偿单元具体用于：
[0033]
根据所述谐波附加相位差，按照附加相位差转换公式，将所述谐波附加相位差转换为时间差，并根据所述时间差对所述电信号进行插值补偿，以得到补偿后的电信号。
[0034]
优选地，所述附加相位差转换公式具体为：
[0035][0036]
式中，δtk为时间差，fk为谐波频率，为谐波附加相位差，ω为基波角频率，k为谐波次数。
[0037]
从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：
[0038]
本技术提供的方案基于全相位傅里叶变换的谐波分次相位补偿法，分别得出不同频率谐波的附加相位差，对相位差进行分次补偿，进一步提高相位补偿准确度，得到准确的谐波计量结果，解决了现有的相位补偿方法存在的过补偿的技术问题。
附图说明
[0039]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0040]
图1为本技术提供的一种谐波相位补偿方法的一个实施例的流程示意图。
[0041]
图2为本技术提供的全相位傅里叶变换原理示意图。
[0042]
图3为本技术提供的一种谐波相位补偿装置的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0043]
本技术实施例提供了一种谐波相位补偿方法及装置，用于解决现有的相位补偿方法主要解决基波附加相位差问题，没有考虑谐波信号，当要对谐波信号的有功功率等进行计量时存在过补偿的技术问题。
[0044]
为使得本技术的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
[0045]
请参阅图1，本技术第一个实施例提供了一种谐波相位补偿方法，包括：
[0046]
步骤101、获取经过前端调理电路处理的电信号。
[0047]
需要说明的是，首先，获取经过前端调理电路处理的电信号，其中电信号包括：电流信号与电压信号，由于电压电流信号采集中前端采集和电路的差别，电压电流信号通过各自前端调理电路产生附加相位差，其中，附加相位差指的是除了电流相对电压本身存在的相位差以外，由于调理电路而产生的额外的相位差。
[0048]
经过前端调理的电压电流信号可以表示为：
[0049]
[0050]
式中，输入电流信号表示为i(t)，输入电压信号表示为u(t)，ω为基波角频率，k为谐波次数,u1为基波电压幅度，为电压信号第k次谐波的相位；i1为基波电流幅度，为电流信号第k次谐波的相位。为原始电压电流相位差，也称为初始相位。
[0051]
步骤102、根据电信号，通过全相位傅里叶变换处理，计算电信号各次谐波的谐波相位。
[0052]
接着，利用全相位快速傅里叶变换有效抑制频谱泄露，得到不同频率谐波的准确相位。以电流基波信号为例，进行全相位傅里叶变换后的结果为：
[0053][0054]
其中β＝nω/2π，n为全相位傅里叶变换的点数，n=0,1,
…
,n-1。根据全相位快速傅里叶变换后的频谱信息可以准确地计算相位
[0055][0056]
其中，本实施例提及的全相位傅里叶变换实现过程如图2所示。
[0057]
对于由(2n-1)的输入信号时域样点构成的信号矢量x=[x(-n+1),
…
,x(0),
…
x(n-1)],可以得到n个n维信号矢量，相邻两个n维信号矢量中采样点重叠比例为(n-1)/n，经过循环移位后对齐采样点，对移位后的n个信号矢量进行求和后再进行傅里叶变换。
[0058]
步骤103、基于预设的功率因数，确定电信号的谐波基础相位差，结合谐波相位和谐波相位、谐波基础相位差与谐波附加相位差间的关系式，计算电信号各次谐波的谐波附加相位差。
[0059]
需要说明的是，基于已确定的标准源和特定的功率因数，在功率因数为1.0情况下完成幅度校正后，在当功率因数为0.5l时电信号的基础相位差一般为
[0060]
由于全相位傅里叶变换计算得到的基波相位满足谐波相位满足因此，根据全相位傅里叶变换结果得到基波相位和谐波相位结合得到基波和谐波的附加相位差和
[0061]
以以下的电压和电流信号为例：
[0062][0063]
基波附加相位差为第41次谐波的附加相位差为如果基波附加相位差估计准确，则对第41次谐波进行附加相位差补偿得到的补偿结果为造成过补偿，与实际的谐波附加相位差偏离10度。而采用本方法进行全相位傅里叶变换后，可以对各次谐波信号分别提取幅度，频率和相位信息。估计得到基波附加相位差第41次谐
波附加相位差
[0064]
步骤104、根据谐波附加相位差，对电信号的各次谐波进行补偿。
[0065]
最后，根据上述步骤计算得到的谐波的附加相位差对电信号的各次谐波进行补偿，使得采集后的信号间相位关系与信号的真实相位关系一致。
[0066]
更具体地，步骤104的根据谐波附加相位差，对电信号的各次谐波进行补偿，其步骤过程具体包括：
[0067]
根据谐波附加相位差，按照附加相位差转换公式，将谐波附加相位差转换为时间差，并根据时间差对电信号进行插值补偿，以得到补偿后的电信号。
[0068]
其中，附加相位差转换公式具体为：
[0069][0070]
式中，δtk为时间差，fk为谐波频率，为谐波附加相位差，ω为基波角频率，k为谐波次数。
[0071]
插值计算的处理方式具体为：当采样频率为fs,采样周期时，则计算出δtk含有最大整数mk个ts，即则通过公式：可得到插值后准确的电流波信号，其中t1和t2为相邻的两个采样时刻。
[0072]
以上内容为本技术提供的一种谐波相位补偿方法的实施例的详细说明，下面为本技术提供的一种谐波相位补偿装置的实施例详细说明。
[0073]
请参阅图3，本技术第二方面提供了一种谐波相位补偿装置，包括：
[0074]
电信号获取单元201，用于获取经过前端调理电路处理的电信号；
[0075]
全相位傅里叶处理单元202，用于根据电信号，通过全相位傅里叶变换处理，计算电信号各次谐波的谐波相位；
[0076]
附加相位差计算单元203，用于基于预设的功率因数，确定电信号的谐波基础相位差，结合谐波相位和谐波相位、谐波基础相位差与谐波附加相位差间的关系式，计算电信号各次谐波的谐波附加相位差；
[0077]
电信号补偿单元204，用于根据谐波附加相位差，对电信号的各次谐波进行补偿。
[0078]
进一步地，电信号的表达式具体为：
[0079][0080]
式中，i(t)为电流信号，u(t)为电压信号，ω为基波角频率，k为谐波次数,u1为基波电压幅度，为电压信号第k次谐波的相位，i1为基波电流幅度，为电流信号第k次谐波的相位，为原始电压电流相位差。
[0081]
进一步地，谐波相位与谐波附加相位差的关系式具体为：
[0082][0083]
式中，为谐波相位，为谐波附加相位差，为谐波基础相位差，为电压信号第k次谐波的相位，为电流信号第k次谐波的相位。
[0084]
进一步地，根据电信号补偿单元204具体用于：
[0085]
根据谐波附加相位差，按照附加相位差转换公式，将谐波附加相位差转换为时间差，并根据时间差对电信号进行插值补偿，以得到补偿后的电信号。
[0086]
进一步地，附加相位差转换公式具体为：
[0087][0088]
式中，δtk为时间差，fk为谐波频率，为谐波附加相位差，ω为基波角频率，k为谐波次数。
[0089]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的终端，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0090]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的终端，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0091]
本技术的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0092]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0093]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0094]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全
部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0095]
以上所述，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。