[发明专利]一种基于Hilbert算法的准同步宽频无功电能表及其采样方法

说明书

技术领域

本发明属于电力参数测量技术领域，特别是涉及一种基于Hilbert算法的准同步宽频无功电能表及其采样方法。

背景技术

现阶段，针对测量无功功率或电能的算法有很多，如均方根算法、傅氏算法、数字移相算法、Hilbert算法、小波变换算法等。使用这些算法都能够测量三次及高次谐波，其中希尔伯特算法的测量结果较精确。适合在高精度无功功率测量仪表的设计中使用。文章《基于2对Hilbert移相滤波器的无功功率测量方法》(《电力系统自动化》2006年第18期)和《用小波变换和希尔伯特变换测量无功功率》(《系统仿真学报》2005年第4期)都讲述了实际应用中无功功率的测量方法。

电能表是电能计量管理的基础仪表，是电力企业收取电费的依据工具，其性能的稳定性，测量精度的准确性和可靠性直接影响着电能管理质量和效率。电能表按其结构和工作原理的不同可分为感应式电能表和电子式电能表。

早期的电子式电能表是采用感应系电能表的测量机构作为工作元件，由光电传感器完成电能到脉冲转换，然后经电子电路对脉冲进行适当处理，从而实现对电能的测量。但是感应系测量机构的测量主回路有原理性缺陷，决定了这种电能表的准确度低、适用频率范围窄等缺点。

为了替代由感应系测量机构测量交变电能的感应系电能表，从70年代起，人们开始研究并试验采用电子电路的方案。由于电能是电功率对时间的积分，所以任何电子电路式电能计量方案的第一步都是确定电功率。因而，使用乘法器是实现测量电功率和电能的电子电路式测量方案的共同特点。目前国内外生产的电子式电能表的原理主要分模拟乘法器和数字乘法器两大类。近几年随着计算机技术的发展，数字乘法器在生产电子式电能表中得到了广泛的应用。随着数字信号处理技术的飞速发展，数字信号处理(DSP)技术在电能表中的应用为电能计量精度大幅度提高带来了新的希望，近几年，许多研究工作者正逐步开始研究DSP在电子式电能表的应用，DSP在电子式电能表中的应用也很大的提高了的可靠性和安全性，将成为电子式电能表研究领域的必然发展趋势。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于Hilbert算法的准同步宽频无功电能表及其采样方法，该电能表是利用经过IIR型Hilbert数字滤波器数字移相滤波后的瞬时无功功率q(n)，对q(n)进行低通滤波，去除波动部分后其直流成分即为所要测量的无功功率Q(n)，具有很高的测量准确度，适合在高精度无功功率测量仪表的设计中使用。

为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于Hilbert算法的准同步宽频无功电能表，包括模数转换器、乘法器和低通滤波器，其特征在于：还包括数字宽带移相滤波器、显示器、数字采样器和逻辑控制器，所述模数转换器、数字宽带移相滤波器、乘法器、低通滤波器，显示器依次连接，所述数字采样器和逻辑控制器相连接，所述逻辑控制器分别连接控制乘法器、低通滤波器和显示器。

前述的一种基于Hilbert算法的准同步宽频无功电能表，其特征在于：所述数字采样器包括零交叉探测器、控制逻辑器、时钟信号发生器、二进制纹波计数器、二进制存储器、二进制计数器、代码产生器和代码比较器；所述零交叉探测器产生脉冲输入至控制逻辑器，控制逻辑器使时钟信号发生器的输出脉冲通过二进制纹波计数器输出到二进制存储器，二进制存储器的输出端接代码产生器，并通过控制逻辑器时钟脉冲连续不断的输入到二进制计数器，所述代码比较器把二进制存储器的并行输出和二进制计数器的输出作比较。

前述的一种基于Hilbert算法的准同步宽频无功电能表，其特征在于：所述数字宽带移相滤波器采用IIR型Hilbert数字移相滤波器，能够实现45～4955Hz带宽之间信号在幅度不衰减的情况下90度移相，相位的波动为0.01度。

前述的一种基于Hilbert算法的准同步宽频无功电能表，其特征在于：所述数字采样器产生的采样信号的频率与输入信号频率相对应。

一种基于Hilbert算法的准同步宽频无功电能表数字采样器的采样方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、零交叉探测器产生脉冲，该脉冲的循环周期与输入电压信号u(t)的周期T成比例；