电参量计量过程中的噪声功率估计装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电参量计量过程中的噪声功率估计装置，包括波形处理模块、信号补偿模块及噪声功率估计模块；波形处理模块采样模拟信号，并将模拟信号转换为第一数字信号并输出至噪声功率估计模块；噪声功率估计模块将所述第一数字信号转换为第二数字信号并输出至信号补偿模块；信号补偿模块对第二数字信号中的信号分量进行同步跟踪和反相补偿，以生成第三数字信号并输出至噪声功率估计模块；噪声功率估计模块根据第三数字信号估计计量噪声的平均功率。本发明专利技术利用信号本身提取噪声中的关键分量，估计噪声平均功率，通过信号波形的自适应估计和补偿，降低噪声功率估计对信号强度的依赖，改进噪声功率估计的精度，改善小信号计量性能。

【技术实现步骤摘要】
电参量计量过程中的噪声功率估计装置
本专利技术涉及一种电参量计量过程中的噪声功率估计装置，特别是涉及一种电参量计量过程中的自适应噪声功率估计装置。
技术介绍
伴随电网智能化的快速发展和普及，处于智能电网终端电量计量也提出了越来越高的要求，除了不断增强的通信、信息处理和丰富应用能力，作为其基础功能，智能化对电参量计量的首要影响就是计量精度或性能的大幅提升，如在万分之一的信号动态范围内实现千分之一的计量精度已经成为现实，这也成为目前众多厂家竞相逐鹿的一个焦点。计量性能的提升是一个系统性工程，横跨模拟电路、数字电路设计和数据信息软处理。提高模拟采样电路的精度可从根源影响并提升电路的输出性能，但也会带来电路结构和设计的较大变化，如基于Sigma-Delta调制器模拟ADC(模数转换器)在传统电量计量电路中应用比较普遍，输出精度一般在16bit-19bit之间。而计量终端对成本较为敏感，数字信号处理实现成本较低，在模拟精度提升受限的情况下，将数字信号处理作为一种辅助的补偿方式，成为解决性能问题的关键途径。传统数字补偿多通过简单增益和偏置校正，未考虑信号噪声的随机性，其偏差和非线性在小信号计量时表现最为明显。通过数字滤波方式从信号本身自适应提取噪声的关键分量，可改善小信号计量性能，但存在信号跟踪范围受限的问题，且噪声估计精度与滤波器带宽设计之间存在一定矛盾。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中电参量计量过程中噪声估计方法对信号适应能力不足的缺陷，提供一种电参量计量过程中的噪声功率估计装置。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：本专利技术提供了一种电参量计量过程中的噪声功率估计装置，其特点在于，包括波形处理模块、信号补偿模块及噪声功率估计模块；所述波形处理模块用于采样模拟信号，并将所述模拟信号转换为第一数字信号并输出至所述噪声功率估计模块；所述噪声功率估计模块用于将所述第一数字信号转换为第二数字信号并输出至所述信号补偿模块；所述信号补偿模块用于对所述第二数字信号中的信号分量进行同步跟踪和反相补偿，以生成第三数字信号并输出至所述噪声功率估计模块；所述噪声功率估计模块还用于根据所述第三数字信号估计计量噪声的平均功率。较佳地，所述波形处理模块包括依次连接的增益放大器、模数转换器、高通滤波器及增益补偿器；所述增益放大器用于将所述模拟信号缩放至所述模数转换器的线性工作区间，并输出至所述模数转换器；所述模数转换器用于将所述模拟信号转换为第一精度数字信号，并将所述第一精度数字信号转换为精度更高的第二精度数字信号后输出至所述高通滤波器；所述高通滤波器用于滤除所述第二精度数字信号中的直流分量后输出至所述增益补偿器；所述增益补偿器用于对所述第二精度数字信号进行全局增益校正，并生成所述第一数字信号。较佳地，所述模拟信号包括模拟电流信号及模拟电压信号，所述第一数字信号包括第一数字电流信号及第一数字电压信号。较佳地，所述噪声功率估计模块包括低通滤波器及信号抽取器；所述低通滤波器用于滤除所述第一数字信号中的高频分量，以生成低通滤波信号并输出至所述信号抽取器；所述信号抽取器用于按照一采样周期对所述低通滤波信号进行抽取，并将抽取后的信号作为所述第二数字信号。较佳地，所述噪声功率估计模块还包括零相位陷波器、噪声计量乘法器、取直流滤波器及偏置补偿器；所述零相位陷波器用于接收所述第三数字信号，并去除所述第三数字信号中的电流信号的工频信号分量，提取所述电流信号中的噪声分量并输出至所述噪声计量乘法器；所述噪声计量乘法器用于对所述电流信号中的噪声分量与所述信号抽取器抽取的信号中的电压信号进行运算，以得到噪声瞬时功率值并输出至所述取直流滤波器；所述取直流滤波器用于滤除所述噪声瞬时功率值中的高频波动分量，以生成噪声平均功率值并输出至所述偏置补偿器；所述偏置补偿器用于调整所述噪声平均功率值中的直流分量，并将调整结果作为计量噪声的平均功率的最终估计值。较佳地，所述低通滤波器的截止频率低于100Hz且高于50Hz。较佳地，所述零相位陷波器包括依次连接的第一陷波滤波器、第一缓存器、第一顺序反转模块、第二陷波滤波器、第二缓存器以及第二顺序反转模块；所述第一陷波滤波器为中心频率为50Hz的陷波器，所述第一缓存器用于对所述第一陷波器的输出信号进行分段缓存，所述第一顺序反转模块用于将所述第一缓存器中的缓存数据的排序反转，并将反转后的数据输出至所述第二陷波滤波器；所述第二陷波滤波器为与所述第一陷波滤波器相同的滤波器，所述第二缓存器用于对所述第二陷波滤波器的输出信号进行分段缓存，所述第二顺序反转模块用于将所述第二缓存器中的缓存数据的排序反转，并将反转后的数据输出至所述噪声计量乘法器。较佳地，所述信号补偿模块包括参考波形缓存器、过零点同步器、幅值估计模块、增益乘法器及反相补偿器；所述参考波形缓存器用于缓存理想工频同步信号采样数据并输出至所述过零点同步器；所述过零点同步器用于接收所述第二数字信号，对所述第二数字信号检测过零点，并根据过零点同步所述理想工频同步信号采样数据并输出至所述增益乘法器；所述幅值估计模块用于对所述第二数字信号中的信号分量进行幅值估计并将幅值估计值输出至所述增益乘法器；所述增益乘法器用于调整所述理想工频同步信号采样数据的增益，以将所述理想工频同步信号采样数据的增益设置为所述幅值估计值；所述反相补偿器用于降低所述第二数字信号中包含的理想信号分量，并将剩余的信号分量作为所述第三数字信号输出至所述噪声功率估计模块。较佳地，所述过零点同步器包括过零检测模块及数据同步模块；所述过零检测模块用于接收所述第二数字信号，通过连续检测相邻采样点的符号判断过零点位置，并将过零点位置输出至所述数据同步模块；所述数据同步模块用于接收所述理想工频同步信号采样数据，根据所述过零点位置，选取长度为工频周期的整数倍的理想工频同步信号采样数据，并输出至所述增益乘法器。较佳地，所述幅值估计模块包括峰值检测模块及平均值计算模块；所述峰值检测模块用于接收所述第二数字信号，并以工频为周期连续检测所述第二数字信号的波形峰值，并将检测出的峰值序列输出至所述平均值计算模块；所述平均值计算模块用于接收所述峰值序列，并在所述峰值序列累加至一固定长度后，计算平均值并将计算结果作为所述第二数字信号中信号分量的幅值估计值并输出至所述增益乘法器。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术基于计量噪声频谱特性，利用信号本身提取噪声中的关键分量，并用来估计噪声平均功率，通过信号波形的自适应估计和补偿，降低噪声功率估计对信号强度的依赖，改进噪声功率估计的精度，噪声功率估计具有自适应特征，利用本专利技术的噪声功率估计装置可以改善小信号计量性能。附图说明图1为本专利技术的较佳实施例的电参量计量过程中的噪声功率估计装置的结构示意图。图2为本专利技术的较佳实施例的电参量计量过程中的噪声功率估计装置的波形处理模块的结构示意图。图3为本专利技术的较佳实施例的电参量计量过程中的噪声功率估计装置的信号补偿模块的结构示意图。图4为本专利技术的较佳实施例的电参量计量过程中的噪声功率估计装置的信号补偿模块的过零点同步器的结构示意图。图5为本专利技术的较佳实施例的电参量计量过程中的噪声功率估计装置的信号补偿模块的幅值估计模块的结构示意图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电参量计量过程中的噪声功率估计装置，其特征在于，包括波形处理模块、信号补偿模块及噪声功率估计模块；所述波形处理模块用于采样模拟信号，并将所述模拟信号转换为第一数字信号并输出至所述噪声功率估计模块；所述噪声功率估计模块用于将所述第一数字信号转换为第二数字信号并输出至所述信号补偿模块；所述信号补偿模块用于对所述第二数字信号中的信号分量进行同步跟踪和反相补偿，以生成第三数字信号并输出至所述噪声功率估计模块；所述噪声功率估计模块还用于根据所述第三数字信号估计计量噪声的平均功率。

【技术特征摘要】
1.一种电参量计量过程中的噪声功率估计装置，其特征在于，包括波形处理模块、信号补偿模块及噪声功率估计模块；所述波形处理模块用于采样模拟信号，并将所述模拟信号转换为第一数字信号并输出至所述噪声功率估计模块；所述噪声功率估计模块用于将所述第一数字信号转换为第二数字信号并输出至所述信号补偿模块；所述信号补偿模块用于对所述第二数字信号中的信号分量进行同步跟踪和反相补偿，以生成第三数字信号并输出至所述噪声功率估计模块；所述噪声功率估计模块还用于根据所述第三数字信号估计计量噪声的平均功率。2.如权利要求1所述的噪声功率估计装置，其特征在于，所述波形处理模块包括依次连接的增益放大器、模数转换器、高通滤波器及增益补偿器；所述增益放大器用于将所述模拟信号缩放至所述模数转换器的线性工作区间，并输出至所述模数转换器；所述模数转换器用于将所述模拟信号转换为第一精度数字信号，并将所述第一精度数字信号转换为精度更高的第二精度数字信号后输出至所述高通滤波器；所述高通滤波器用于滤除所述第二精度数字信号中的直流分量后输出至所述增益补偿器；所述增益补偿器用于对所述第二精度数字信号进行全局增益校正，并生成所述第一数字信号。3.如权利要求1所述的噪声功率估计装置，其特征在于，所述模拟信号包括模拟电流信号及模拟电压信号，所述第一数字信号包括第一数字电流信号及第一数字电压信号。4.如权利要求1所述的噪声功率估计装置，其特征在于，所述噪声功率估计模块包括低通滤波器及信号抽取器；所述低通滤波器用于滤除所述第一数字信号中的高频分量，以生成低通滤波信号并输出至所述信号抽取器；所述信号抽取器用于按照一采样周期对所述低通滤波信号进行抽取，并将抽取后的信号作为所述第二数字信号。5.如权利要求4所述的噪声功率估计装置，其特征在于，所述噪声功率估计模块还包括零相位陷波器、噪声计量乘法器、取直流滤波器及偏置补偿器；所述零相位陷波器用于接收所述第三数字信号，并去除所述第三数字信号中的电流信号的工频信号分量，提取所述电流信号中的噪声分量并输出至所述噪声计量乘法器；所述噪声计量乘法器用于对所述电流信号中的噪声分量与所述信号抽取器抽取的信号中的电压信号进行运算，以得到噪声瞬时功率值并输出至所述取直流滤波器；所述取直流滤波器用于滤除所述噪声瞬时功率值中的高频波动分量，以生成噪声平均功率值并输出至所述偏置补偿器；所述偏置补偿器用于调整所述噪声平均功率值中的直流分量，并将调整结果作为计量噪声的平均功率的最终估计值。6.如权利要求4所述的噪声功率估计装置，其特征在于，所述低通滤波...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹汝泼，
申请(专利权)人：上海贝岭股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31