CN116593769A - 一种宽动态范围的高精度电能计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽动态范围的高精度电能计算方法,属于测量电变量领域。方法包括:步骤一、使用2个以上的AD对电压和电流进行采样;根据当前选择的AD的采样数据,使用数字滤波器进行电能计算;根据采样数据实时判断是否需要进行AD切换,并选择出切换后的AD;步骤二、如果需要切换,则对切换前后的两个AD分别进行电流信号的幅值和相位估计;步骤三、基于两个AD的幅值和相位估计对数字滤波器的缓存进行调整,然后将所选的切换后的AD的采样数据输入到数字滤波器中,完成AD的切换,继续进行电能计算。本发明在不影响电能计算的前提下,降低了运算量,也避免了切换带来的数据延迟问题。
Description
技术领域
本发明属于测量电变量领域,具体涉及一种电能计算方法。
背景技术
在现代电能表计量技术中,AD作为采样器件,其数值分辨率是一个非常重要的参数。受技术、工艺条件制约,AD的位数一般为16位或者24位,对应的分辨率分别为1/216、1/224,由于AD采样过程存在量化噪声,AD实际有效位数要小于16位和24位。
因为分辨率有限,电能表的计量范围和计量精度呈现一种此消彼长的趋势,即计量范围宽,计量精度就无法做到很高,计量精度高,则计量范围就无法做到很宽。
同时兼顾计量范围和计量精度的一种解决方案是使用多个AD,同时对电压、电流信号进行采样,对于不同的电流范围AD使用不同的增益。例如:使用两个AD,第一个AD使用8倍增益,主要处理小于0.1Ib的电流;第二个AD使用4倍增益,主要处理大于0.1Ib的电流。注意:两个AD是同时采样的,第一个AD在大电流情况下可能会出现削顶,第二个AD在小电流情况下会出现噪声过大。在最后的计量环节,根据当前的电流大小决定使用哪一个AD的计算结果。
但是,上述解决方案有以下缺点:现代电能表多采用数字器件编程实现,且使用数字滤波器技术。在电能计算过程中,需要对数字滤波器的中间数据进行缓存,数字滤波器需要逐点进行多次乘加运算,会耗费较大的运算资源。如果同时计算两个AD的数据,对数字器件的计算能力提出了很大的挑战。以目前主流的Cortex-M3内核200MHz主频的单片机为例,假设每周波采样点数为256点,工频为50Hz,进行基础的基波、全波电能计算每周波(20ms)大约耗时15ms。如果同时计算两个AD的数据,则理论耗时30ms,无法完成计算。
如果采用顺序计算的方式,即只计算一个AD的数据,等到需要切换AD时再停止当前AD数据的计算,改用另一个AD的数据,则存在计量延迟的问题。因为在电能计算过程中,涉及许多数字滤波器,而数字滤波器输出稳定需要一定时间,最长可能会到达秒级。所以在数字滤波器输出稳定之前,需要使用上一个AD的计算数据,就必然造成计量数据的延迟,这在一些需要高速计算的场合是不可接受的。
发明内容
本发明提出了一种宽动态范围的高精度电能计算方法,其目的是:解决多AD采样时的运算量大和计量数据存在延迟的问题。
本发明技术方案如下:
一种宽动态范围的高精度电能计算方法:
步骤一、使用2个以上的AD对电压和电流进行采样;根据当前选择的AD的采样数据,使用数字滤波器进行电能计算;并且,根据采样数据实时判断是否需要进行AD切换,并选择出切换后的AD;
步骤二、如果需要切换,则对切换前后的两个AD分别进行电流信号的幅值和相位估计;
步骤三、基于两个AD的幅值和相位估计对数字滤波器的缓存进行调整,然后将所选的切换后的AD的采样数据输入到数字滤波器中,完成AD的切换,继续进行电能计算。
作为所述宽动态范围的高精度电能计算方法的进一步改进:所述步骤一中,为每个AD分别设置一个缓存区,所述缓存区用于存放AD的采样数据。
作为所述宽动态范围的高精度电能计算方法的进一步改进:根据采样数据实时判断是否需要进行AD切换的方法为:每周波基于缓存区内的采样数据分别进行一次电流RMS值的计算;基于电流RMS值判断是否需要进行AD通道切换。
作为所述宽动态范围的高精度电能计算方法的进一步改进:电流RMS值的计算方法为:对于某AD,设采样频率为FS,电压信号频率为50Hz,则每一个周波的采样点数N=FS/50,Ci表示对应的缓存区中电流通道第i个采样点的值,则电流RMS值为:
。
作为所述宽动态范围的高精度电能计算方法的进一步改进:所述基于电流RMS值判断是否需要进行AD通道切换是指:各AD电流通道的增益各不相同,所有AD按电流通道的增益按由小到大进行排序,设当前选择的AD在排序中的序号为j,其电流RMS值为RMSj、电流通道的增益为Gj,排序中前一个AD的电流RMS值为RMSj-1、电流通道的增益为Gj-1,排序中后一个AD的电流RMS值为RMSj+1、电流通道的增益为Gj+1;
如果Gj×RMSj>Tj_j+1或者Gj+1×RMSj+1>Tj_j+1,Tj_j+1为第j个AD与第j+1个AD之间的切换门限值,则从当前AD切换至第j+1个AD;
如果Gj×RMSj≤ Tj-1_j或者Gj-1×RMSj-1≤ Tj-1_j,Tj-1_j为第j-1个AD与第j个AD之间的切换门限值,则从当前AD切换至第j-1个AD;
如果排序中不存在前一个或后一个相邻的AD,则不进行向前或向后切换的判断计算。
作为所述宽动态范围的高精度电能计算方法的进一步改进:步骤二中,对于某AD,进行电流信号的幅值和相位估计的具体方法为:
步骤a-1、取出该AD的缓存区中的最近的N个电流采样值;N为一个周波的采样点数;将电流采样值的索引值记为:0,1,2…N-1;
步骤a-2、建立输入向量X和输出向量Y:
X=[0,1/FS,1/2FS,…,1/(N-1)FS];
Y=[C0, C1, C2,…, CN-1];
其中,X为电流采样值的时间索引向量,FS为采样频率;Ci为取出的第i个采样值;
步骤a-3、建立电流信号模型:
;
其中,t为时间,I(t)为t时的电流值,A为幅值,ω为电角速度,φ为t=0时的相位;幅值A和相位φ为待求解值;
步骤a-4、设置初始值:令φ的初始估计值为0,A的初始估计值为输出向量Y中的元素绝对值最大值;
步骤a-5、定义损失函数为:
;
其中,Aes和φes分别为幅值A和相位φ的估计值;Yi_es是将当前估计值Aes和φ代入上述电流信号模型,并将输入向量X中第i个元素值Xi作为实际t,求取输出估计值:Yi_es=Aessin(ωXi+φes);Yi为输出向量Y中第i个元素值;
对损失函数求导,得到幅值A和相位φ在估计值Aes和φes处的梯度分别为:
;
步骤a-6、定义学习率为α,迭代终止门限为ε,对幅值A和相位φ进行迭代求解:
步骤a-6-1、设当前为第m次迭代,当前幅值A和相位φ的估计值分别为Aes_m和φes_m,将Aes_m和φes_m代入到电流信号模型中,然后求出当前的损失函数值;
步骤a-6-2、如果当前损失函数值小于迭代终止门限ε,则停止迭代,将当前的Aes_m和φes_m作为幅值A和相位φ的求解值;否则,执行步骤a-6-3;
步骤a-6-3、根据当前Aes_m和φes_m求取对应的梯度,得到下一次的估计值Aes_m+1和φes_m+1:
;
然后,返回步骤a-6-1继续迭代。
作为所述宽动态范围的高精度电能计算方法的进一步改进:步骤三中,数字滤波器包括数字滤波器F1和数字滤波器F2,采样数据先输入到数字滤波器F1中,根据数字滤波器F1的输出得到瞬时功率值,再将瞬时功率值输入到数字滤波器F2中,得到功率的RMS值。
作为所述宽动态范围的高精度电能计算方法的进一步改进:步骤三中,如果当前进行基波电能计算,则对数字滤波器F1的缓存进行调整,否则不对数字滤波器F1的缓存调整。
作为所述宽动态范围的高精度电能计算方法的进一步改进:对数字滤波器F1的缓存进行调整的方法为:设数字滤波器F1为K阶滤波器,AD切换前,数字滤波器F1将根据第n个输入值计算输出第n个输出值,则数字滤波器F1的电流通道的输出缓存向量为:OI=[yI(n-1),yI(n-2),…,yI(n-K)],其中,yI(n-k)表示数字滤波器F1相对于当前输出值的之前第k个输出值;数字滤波器F1的电流通道的输入缓存向量为:II=[xI(n-1),xI(n-2),…,xI(n-K)],其中,xI(n-k)表示数字滤波器F1相对于当前输入值的之前第k个输入值;
AD切换时,设切换前后的AD在电流信号的幅值和相位估计过程中得到的幅值求解值分别为A1和A2,则调整后的数字滤波器F1的电流通道的输出缓存向量为OI’= OI×A2/A1,调整后的数字滤波器F1的电流通道的输入缓存向量为II’= II×A2/A1;
切换后,数字滤波器F1基于新的输出缓存向量OI’和输入缓存向量II’,以及第n个输入值xI(n),计算第n个输出值yI(n),并继续根据后续输入值完成后续输出值的计算。
作为所述宽动态范围的高精度电能计算方法的进一步改进:对数字滤波器F2的缓存进行调整的方法为:设数字滤波器F2为K阶滤波器,AD切换前,数字滤波器F2将根据第n个输入值计算输出第n个输出值,则数字滤波器F2的输出缓存向量为:OP=[yP(n-1),yP(n-2),…,yP(n-K)],其中,yP(n-k)表示数字滤波器F2相对于当前输出值的之前第k个输出值;数字滤波器F2的输入缓存向量为:IP=[xP(n-1),xP(n-2),…,xP(n-K)],其中,xP(n-k)表示数字滤波器F2相对于当前输入值的之前第k个输入值;
AD切换时,设切换前后的AD在电流信号的幅值和相位估计过程中得到的幅值求解值分别为A1和A2,则调整后的数字滤波器F2的输出缓存向量为OP’= OP×A2/A1,调整后的数字滤波器F2的输入缓存向量为IP’= IP×A2/A1;
切换后,数字滤波器F2基于新的输出缓存向量OP’和输入缓存向量IP’,以及第n个输入值xP(n),计算第n个输出值yP(n),并继续根据后续输入值完成后续输出值的计算。
相对于现有技术,本发明具有以下积极效果:
(1)本发明在同一时刻只需要计算一个AD的数据,在切换AD的时候通过计算来实现数据的实时转换,切换前后的数据可以通过转换实现无缝衔接,从而在不影响电能计算的前提下,降低了运算量,也避免了切换带来的数据延迟问题。
(2)本发明利用迭代的方式精确的计算了AD通道切换时的增益变化,为AD切换时对滤波器进行系数转换奠定了基础。
(3)本发明通过对滤波器的缓存进行转换,避免了因为采样数据的切换而导致的输出突变,从而实现了无损切换,避免了精度突变和输出不稳定的问题,不需要等待滤波器稳定。
具体实施方式
下面详细说明本发明的技术方案:
为简化说明,实施方式中电压和电流为单相,单相的计算方法很容易推广到三相的计算。同时,所有AD数量大于等于2的情况也都在本发明的保护范围内。
一种宽动态范围的高精度电能计算方法,包括:
步骤一、使用2个以上的AD对电压和电流进行采样。根据当前选择的AD的采样数据,使用数字滤波器进行电能计算。并且,根据采样数据实时判断是否需要进行AD切换,并选择出切换后的AD。
具体的,为每个AD分别设置一个缓存区,所述缓存区用于存放AD的采样数据。缓存区存储数据的深度应至少为一周波数据点数,每个缓存区包含电压和电流两个通道的数据,所有AD的电压通道增益是相同的,电流通道增益不同。注意,所有AD的采样数据必须严格同步。实现多个AD数据同步的方法硬件方案较为简单,使用相同型号的AD芯片,AD芯片的控制引脚连接到同一个单片机引脚上,就可以实现AD的同步采样,此处不做详细说明。
根据采样数据实时判断是否需要进行AD切换的方法为:每周波基于缓存区内的采样数据分别进行一次电流RMS值的计算;基于电流RMS值判断是否需要进行AD通道切换。
电流RMS值的计算方法为:对于某AD,设采样频率为FS,电压信号频率为50Hz,则每一个周波的采样点数N=FS/50,Ci表示对应的缓存区中电流通道第i个采样点的值,则电流RMS值为:
。
所述基于电流RMS值判断是否需要进行AD通道切换是指:各AD电流通道的增益各不相同,所有AD按电流通道的增益按由小到大进行排序,设当前选择的AD在排序中的序号为j,其电流RMS值为RMSj、电流通道的增益为Gj,排序中前一个AD的电流RMS值为RMSj-1、电流通道的增益为Gj-1,排序中后一个AD的电流RMS值为RMSj+1、电流通道的增益为Gj+1。
如果Gj×RMSj>Tj_j+1或者Gj+1×RMSj+1>Tj_j+1,Tj_j+1为第j个AD与第j+1个AD之间的切换门限值,则从当前AD切换至第j+1个AD;
如果Gj×RMSj≤ Tj-1_j或者Gj-1×RMSj-1≤ Tj-1_j,Tj-1_j为第j-1个AD与第j个AD之间的切换门限值,则从当前AD切换至第j-1个AD;
如果排序中不存在前一个或后一个相邻的AD,则不进行向前或向后切换的判断计算。
此处以3个AD为例,切换门限应该为两个,假设为T1_2、T2_3,T1_2可考虑为0.1Ib的电流对应的AD采样值,T2_3可考虑为0.5Ib的电流对应的AD采样值。
步骤二、如果需要切换,则对切换前后的两个AD分别进行电流信号的幅值和相位估计。
具体的,对于某AD,进行电流信号的幅值和相位估计的具体方法为:
步骤a-1、取出该AD的缓存区中的最近的N个电流采样值;N为一个周波的采样点数;将电流采样值的索引值记为:0,1,2…N-1。
步骤a-2、建立输入向量X和输出向量Y:
;
其中,X为电流采样值的时间索引向量,FS为采样频率;Ci为取出的第i个采样值。
步骤a-3、建立电流信号模型:
;
其中,t为时间,I(t)为t时的电流值,A为幅值,ω为电角速度,φ为t=0时的相位;幅值A和相位φ为待求解值。
步骤a-4、设置初始值:令φ的初始估计值为0,A的初始估计值为输出向量Y中的元素绝对值最大值。
步骤a-5、定义损失函数为:
;
其中,Aes和φes分别为幅值A和相位φ的估计值;Yi_es是将当前估计值Aes和φ代入上述电流信号模型,并将输入向量X中第i个元素值Xi作为实际t,求取输出估计值:Yi_es=Aessin(ωXi+φes);Yi为输出向量Y中第i个元素值。
对损失函数求导,得到幅值A和相位φ在估计值Aes和φes处的梯度分别为:
;
步骤a-6、定义学习率为α,迭代终止门限为ε,对幅值A和相位φ进行迭代求解。
步骤a-6-1、设当前为第m次迭代,当前幅值A和相位φ的估计值分别为Aes_m和φes_m,将Aes_m和φes_m代入到电流信号模型中,然后求出当前的损失函数值。
步骤a-6-2、如果当前损失函数值小于迭代终止门限ε,则停止迭代,将当前的Aes_m和φes_m作为幅值A和相位φ的求解值;否则,执行步骤a-6-3。
步骤a-6-3、根据当前Aes_m和φes_m求取对应的梯度,得到下一次的估计值Aes_m+1和φes_m+1:
;
然后,返回步骤a-6-1继续迭代。
步骤三、基于两个AD的幅值和相位估计对数字滤波器的缓存进行调整,然后将所选的切换后的AD的采样数据输入到数字滤波器中,完成AD的切换,继续进行电能计算。
对于数字滤波器,实际工程应用一般使用差分方程实现,K阶滤波器的通用表示形式为:
y(n)=a1y(n-1)+a2y(n-2)+…+aky(n-K)+b0x(n)+b1x(n-1)+b2x(n-2)+…+bkx(n-K);
其中,y(n)表示滤波器的第n个输出值,x(n)表示滤波器的第n个输入值,y(n-k)表示相对于当前输出值的上k个输出值,x(n-k)表示相对于当前输入值的上k个输入值,k=1,2,3,…,K。a1,a2,a3,…,aK,b1,b2,b3,…,bK表示滤波器系数。
则滤波器的输出缓存向量表示为:
O=[y(n-1),y(n-2),…,y(n-K)];
滤波器的输入缓存向量表示为:
I=[x(n-1),x(n-2),…,x(n-K)];
滤波器系数向量M和N为:
M=[a1,a2,a3,…,aK], N=[b1,b2,b3,…,bK];
则滤波器的第n个输出可表示为:y(n)=OM+IN。
电能计算中,数字滤波器包括数字滤波器F1和数字滤波器F2。一般的,二者皆为低通滤波器。数字滤波器F1的截止频率为1.5倍的工频,滤波器类型可考虑为6阶巴特沃斯低通滤波器。数字滤波器F2用于滤除瞬时功率信号中除直流分量以外的频率含量,瞬时功率的直流分量即为功率的RMS值。一般情况下,为同时兼顾滤波效果和滤波器响应时间,数字滤波器F2的参数可考虑为:二阶切比雪夫II型低通数字滤波器,滤波器截止频率为1.5倍工频。因为瞬时功率的频率为2倍工频,截止频率一般为0.75倍的瞬时功率频率,故滤波器的截止频率为0.75×2=1.5倍的工频。
采样数据先输入到数字滤波器F1中,根据数字滤波器F1的输出得到瞬时功率值,再将瞬时功率值输入到数字滤波器F2中,得到功率的RMS值。
具体的,如果当前进行基波电能计算,则对数字滤波器F1的缓存进行调整,否则不对数字滤波器F1的缓存调整。
对数字滤波器F1的缓存进行调整的方法为:设数字滤波器F1为K阶滤波器,AD切换前,数字滤波器F1将根据第n个输入值计算输出第n个输出值,则数字滤波器F1的电流通道的输出缓存向量为:OI=[yI(n-1),yI(n-2),…,yI(n-K)],其中,yI(n-k)表示数字滤波器F1相对于当前输出值的之前第k个输出值;数字滤波器F1的电流通道的输入缓存向量为:II=[xI(n-1),xI(n-2),…,xI(n-K)],其中,xI(n-k)表示数字滤波器F1相对于当前输入值的之前第k个输入值。
AD切换时,设切换前后的AD在电流信号的幅值和相位估计过程中得到的幅值求解值分别为A1和A2,则调整后的数字滤波器F1的电流通道的输出缓存向量为OI’= OI×A2/A1,调整后的数字滤波器F1的电流通道的输入缓存向量为II’= II×A2/A1。
切换后,数字滤波器F1基于新的输出缓存向量OI’和输入缓存向量II’,以及第n个输入值xI(n),计算第n个输出值yI(n),并继续根据后续输入值完成后续输出值的计算。
注意:对于电压通道,由于是同步采样,并且电压通道的增益是相同的,因此在发生AD通道切换时,无需对电压通道的缓存向量进行切换。
通过数字滤波器F1电压通道的当前输出值u(n)和电流通道i(n)的当前输出值,可以计算出瞬时功率值:P(n)=u(n)×i(n)。
对数字滤波器F2的缓存进行调整的方法为:设数字滤波器F2为K阶滤波器,AD切换前,数字滤波器F2将根据第n个输入值计算输出第n个输出值,则数字滤波器F2的输出缓存向量为:OP=[yP(n-1),yP(n-2),…,yP(n-K)],其中,yP(n-k)表示数字滤波器F2相对于当前输出值的之前第k个输出值;数字滤波器F2的输入缓存向量为:IP=[xP(n-1),xP(n-2),…,xP(n-K)],其中,xP(n-k)表示数字滤波器F2相对于当前输入值的之前第k个输入值。
AD切换时,设切换前后的AD在电流信号的幅值和相位估计过程中得到的幅值求解值分别为A1和A2,则调整后的数字滤波器F2的输出缓存向量为OP’= OP×A2/A1,调整后的数字滤波器F2的输入缓存向量为IP’= IP×A2/A1。
切换后,数字滤波器F2基于新的输出缓存向量OP’和输入缓存向量IP’,以及第n个输入值xP(n),计算第n个输出值yP(n),并继续根据后续输入值完成后续输出值的计算。数字滤波器F2的输出值即为功率的RMS值PRMS。为进一步提高功率的稳定性,也可以考虑对数字滤波器F2的输出值进行取平均操作。
进一步的,假设相邻的两个采样点之间功率值是不变的,则根据PRMS和采样频率FS可以求出每个采样间隔的电能值:E=PRMS/FS。
Claims (10)
1.一种宽动态范围的高精度电能计算方法,其特征在于:
步骤一、使用2个以上的AD对电压和电流进行采样;根据当前选择的AD的采样数据,使用数字滤波器进行电能计算;并且,根据采样数据实时判断是否需要进行AD切换,并选择出切换后的AD;
步骤二、如果需要切换,则对切换前后的两个AD分别进行电流信号的幅值和相位估计;
步骤三、基于两个AD的幅值和相位估计对数字滤波器的缓存进行调整,然后将所选的切换后的AD的采样数据输入到数字滤波器中,完成AD的切换,继续进行电能计算。
2.如权利要求1所述的宽动态范围的高精度电能计算方法,其特征在于:所述步骤一中,为每个AD分别设置一个缓存区,所述缓存区用于存放AD的采样数据。
3.如权利要求2所述的宽动态范围的高精度电能计算方法,其特征在于:根据采样数据实时判断是否需要进行AD切换的方法为:每周波基于缓存区内的采样数据分别进行一次电流RMS值的计算;基于电流RMS值判断是否需要进行AD通道切换。
4.如权利要求3所述的宽动态范围的高精度电能计算方法,其特征在于:电流RMS值的计算方法为:对于某AD,设采样频率为FS,电压信号频率为50Hz,则每一个周波的采样点数N=FS/50,Ci表示对应的缓存区中电流通道第i个采样点的值,则电流RMS值为:。
5.如权利要求3所述的宽动态范围的高精度电能计算方法,其特征在于:所述基于电流RMS值判断是否需要进行AD通道切换是指:各AD电流通道的增益各不相同,所有AD按电流通道的增益按由小到大进行排序,设当前选择的AD在排序中的序号为j,其电流RMS值为RMSj、电流通道的增益为Gj,排序中前一个AD的电流RMS值为RMSj-1、电流通道的增益为Gj-1,排序中后一个AD的电流RMS值为RMSj+1、电流通道的增益为Gj+1;
如果Gj×RMSj>Tj_j+1或者Gj+1×RMSj+1>Tj_j+1,Tj_j+1为第j个AD与第j+1个AD之间的切换门限值,则从当前AD切换至第j+1个AD;
如果Gj×RMSj≤ Tj-1_j或者Gj-1×RMSj-1≤ Tj-1_j,Tj-1_j为第j-1个AD与第j个AD之间的切换门限值,则从当前AD切换至第j-1个AD;
如果排序中不存在前一个或后一个相邻的AD,则不进行向前或向后切换的判断计算。
6.如权利要求2所述的宽动态范围的高精度电能计算方法,其特征在于:步骤二中,对于某AD,进行电流信号的幅值和相位估计的具体方法为:
步骤a-1、取出该AD的缓存区中的最近的N个电流采样值;N为一个周波的采样点数;将电流采样值的索引值记为:0,1,2…N-1;
步骤a-2、建立输入向量X和输出向量Y:
X=[0,1/FS,1/2FS,…,1/(N-1)FS];
Y=[C0, C1, C2,…, CN-1];
其中,X为电流采样值的时间索引向量,FS为采样频率;Ci为取出的第i个采样值;
步骤a-3、建立电流信号模型:I(t)=Asin(ωt+φ);
其中,t为时间,I(t)为t时的电流值,A为幅值,ω为电角速度,φ为t=0时的相位;幅值A和相位φ为待求解值;
步骤a-4、设置初始值:令φ的初始估计值为0,A的初始估计值为输出向量Y中的元素绝对值最大值;
步骤a-5、定义损失函数为:
;
其中,Aes和φes分别为幅值A和相位φ的估计值;Yi_es是将当前估计值Aes和φ代入上述电流信号模型,并将输入向量X中第i个元素值Xi作为实际t,求取输出估计值:Yi_es= Aessin(ωXi+φes);Yi为输出向量Y中第i个元素值;
对损失函数求导,得到幅值A和相位φ在估计值Aes和φes处的梯度分别为:
;
步骤a-6、定义学习率为α,迭代终止门限为ε,对幅值A和相位φ进行迭代求解:
步骤a-6-1、设当前为第m次迭代,当前幅值A和相位φ的估计值分别为Aes_m和φes_m,将Aes_m和φes_m代入到电流信号模型中,然后求出当前的损失函数值;
步骤a-6-2、如果当前损失函数值小于迭代终止门限ε,则停止迭代,将当前的Aes_m和φes_m作为幅值A和相位φ的求解值;否则,执行步骤a-6-3;
步骤a-6-3、根据当前Aes_m和φes_m求取对应的梯度,得到下一次的估计值Aes_m+1和φes_m+1:
;
然后,返回步骤a-6-1继续迭代。
7.如权利要求2所述的宽动态范围的高精度电能计算方法,其特征在于:步骤三中,数字滤波器包括数字滤波器F1和数字滤波器F2,采样数据先输入到数字滤波器F1中,根据数字滤波器F1的输出得到瞬时功率值,再将瞬时功率值输入到数字滤波器F2中,得到功率的RMS值。
8.如权利要求7所述的宽动态范围的高精度电能计算方法,其特征在于:步骤三中,如果当前进行基波电能计算,则对数字滤波器F1的缓存进行调整,否则不对数字滤波器F1的缓存调整。
9.如权利要求7或8所述的宽动态范围的高精度电能计算方法,其特征在于:对数字滤波器F1的缓存进行调整的方法为:设数字滤波器F1为K阶滤波器,AD切换前,数字滤波器F1将根据第n个输入值计算输出第n个输出值,则数字滤波器F1的电流通道的输出缓存向量为:OI=[yI(n-1),yI(n-2),…,yI(n-K)],其中,yI(n-k)表示数字滤波器F1相对于当前输出值的之前第k个输出值;数字滤波器F1的电流通道的输入缓存向量为:II=[xI(n-1),xI(n-2),…,xI(n-K)],其中,xI(n-k)表示数字滤波器F1相对于当前输入值的之前第k个输入值;
AD切换时,设切换前后的AD在电流信号的幅值和相位估计过程中得到的幅值求解值分别为A1和A2,则调整后的数字滤波器F1的电流通道的输出缓存向量为OI’= OI×A2/A1,调整后的数字滤波器F1的电流通道的输入缓存向量为II’= II×A2/A1;
切换后,数字滤波器F1基于新的输出缓存向量OI’和输入缓存向量II’,以及第n个输入值xI(n),计算第n个输出值yI(n),并继续根据后续输入值完成后续输出值的计算。
10.如权利要求7或8所述的宽动态范围的高精度电能计算方法,其特征在于:对数字滤波器F2的缓存进行调整的方法为:设数字滤波器F2为K阶滤波器,AD切换前,数字滤波器F2将根据第n个输入值计算输出第n个输出值,则数字滤波器F2的输出缓存向量为:OP=[yP(n-1),yP(n-2),…,yP(n-K)],其中,yP(n-k)表示数字滤波器F2相对于当前输出值的之前第k个输出值;数字滤波器F2的输入缓存向量为:IP=[xP(n-1),xP(n-2),…,xP(n-K)],其中,xP(n-k)表示数字滤波器F2相对于当前输入值的之前第k个输入值;
AD切换时,设切换前后的AD在电流信号的幅值和相位估计过程中得到的幅值求解值分别为A1和A2,则调整后的数字滤波器F2的输出缓存向量为OP’= OP×A2/A1,调整后的数字滤波器F2的输入缓存向量为IP’= IP×A2/A1;
切换后,数字滤波器F2基于新的输出缓存向量OP’和输入缓存向量IP’,以及第n个输入值xP(n),计算第n个输出值yP(n),并继续根据后续输入值完成后续输出值的计算。
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