本發(fā)明涉及一種電參量計(jì)量過(guò)程中的噪聲功率估計(jì)裝置，特別是涉及一種電參量計(jì)量過(guò)程中的自適應(yīng)噪聲功率估計(jì)裝置。

背景技術(shù)：

伴隨電網(wǎng)智能化的快速發(fā)展和普及，處于智能電網(wǎng)終端電量計(jì)量也提出了越來(lái)越高的要求，除了不斷增強(qiáng)的通信、信息處理和豐富應(yīng)用能力，作為其基礎(chǔ)功能，智能化對(duì)電參量計(jì)量的首要影響就是計(jì)量精度或性能的大幅提升，如在萬(wàn)分之一的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)千分之一的計(jì)量精度已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，這也成為目前眾多廠家競(jìng)相逐鹿的一個(gè)焦點(diǎn)。計(jì)量性能的提升是一個(gè)系統(tǒng)性工程，橫跨模擬電路、數(shù)字電路設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)信息軟處理。提高模擬采樣電路的精度可從根源影響并提升電路的輸出性能，但也會(huì)帶來(lái)電路結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的較大變化，如基于sigma-delta調(diào)制器模擬adc(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)在傳統(tǒng)電量計(jì)量電路中應(yīng)用比較普遍，輸出精度一般在16bit-19bit之間。而計(jì)量終端對(duì)成本較為敏感，數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)成本較低，在模擬精度提升受限的情況下，將數(shù)字信號(hào)處理作為一種輔助的補(bǔ)償方式，成為解決性能問(wèn)題的關(guān)鍵途徑。傳統(tǒng)數(shù)字補(bǔ)償多通過(guò)簡(jiǎn)單增益和偏置校正，未考慮信號(hào)噪聲的隨機(jī)性，其偏差和非線性在小信號(hào)計(jì)量時(shí)表現(xiàn)最為明顯。通過(guò)數(shù)字濾波方式從信號(hào)本身自適應(yīng)提取噪聲的關(guān)鍵分量，可改善小信號(hào)計(jì)量性能，但存在信號(hào)跟蹤范圍受限的問(wèn)題，且噪聲估計(jì)精度與濾波器帶寬設(shè)計(jì)之間存在一定矛盾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中電參量計(jì)量過(guò)程中噪聲估計(jì)方法對(duì)信號(hào)適應(yīng)能力不足的缺陷，提供一種電參量計(jì)量過(guò)程中的噪聲功率估計(jì)裝置。

本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的：

本發(fā)明提供了一種電參量計(jì)量過(guò)程中的噪聲功率估計(jì)裝置，其特點(diǎn)在于，包括波形處理模塊、信號(hào)補(bǔ)償模塊及噪聲功率估計(jì)模塊；

所述波形處理模塊用于采樣模擬信號(hào)，并將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(hào)并輸出至所述噪聲功率估計(jì)模塊；

所述噪聲功率估計(jì)模塊用于將所述第一數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字信號(hào)并輸出至所述信號(hào)補(bǔ)償模塊；

所述信號(hào)補(bǔ)償模塊用于對(duì)所述第二數(shù)字信號(hào)中的信號(hào)分量進(jìn)行同步跟蹤和反相補(bǔ)償，以生成第三數(shù)字信號(hào)并輸出至所述噪聲功率估計(jì)模塊；

所述噪聲功率估計(jì)模塊還用于根據(jù)所述第三數(shù)字信號(hào)估計(jì)計(jì)量噪聲的平均功率。

較佳地，所述波形處理模塊包括依次連接的增益放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、高通濾波器及增益補(bǔ)償器；

所述增益放大器用于將所述模擬信號(hào)縮放至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的線性工作區(qū)間，并輸出至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器；

所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一精度數(shù)字信號(hào)，并將所述第一精度數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為精度更高的第二精度數(shù)字信號(hào)后輸出至所述高通濾波器；

所述高通濾波器用于濾除所述第二精度數(shù)字信號(hào)中的直流分量后輸出至所述增益補(bǔ)償器；

所述增益補(bǔ)償器用于對(duì)所述第二精度數(shù)字信號(hào)進(jìn)行全局增益校正，并生成所述第一數(shù)字信號(hào)。

較佳地，所述模擬信號(hào)包括模擬電流信號(hào)及模擬電壓信號(hào)，所述第一數(shù)字信號(hào)包括第一數(shù)字電流信號(hào)及第一數(shù)字電壓信號(hào)。

較佳地，所述噪聲功率估計(jì)模塊包括低通濾波器及信號(hào)抽取器；

所述低通濾波器用于濾除所述第一數(shù)字信號(hào)中的高頻分量，以生成低通濾波信號(hào)并輸出至所述信號(hào)抽取器；

所述信號(hào)抽取器用于按照一采樣周期對(duì)所述低通濾波信號(hào)進(jìn)行抽取，并將抽取后的信號(hào)作為所述第二數(shù)字信號(hào)。

較佳地，所述噪聲功率估計(jì)模塊還包括零相位陷波器、噪聲計(jì)量乘法器、取直流濾波器及偏置補(bǔ)償器；

所述零相位陷波器用于接收所述第三數(shù)字信號(hào)，并去除所述第三數(shù)字信號(hào)中的電流信號(hào)的工頻信號(hào)分量，提取所述電流信號(hào)中的噪聲分量并輸出至所述噪聲計(jì)量乘法器；

所述噪聲計(jì)量乘法器用于對(duì)所述電流信號(hào)中的噪聲分量與所述信號(hào)抽取器抽取的信號(hào)中的電壓信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，以得到噪聲瞬時(shí)功率值并輸出至所述取直流濾波器；

所述取直流濾波器用于濾除所述噪聲瞬時(shí)功率值中的高頻波動(dòng)分量，以生成噪聲平均功率值并輸出至所述偏置補(bǔ)償器；

所述偏置補(bǔ)償器用于調(diào)整所述噪聲平均功率值中的直流分量，并將調(diào)整結(jié)果作為計(jì)量噪聲的平均功率的最終估計(jì)值。

較佳地，所述低通濾波器的截止頻率低于100hz且高于50hz。

較佳地，所述零相位陷波器包括依次連接的第一陷波濾波器、第一緩存器、第一順序反轉(zhuǎn)模塊、第二陷波濾波器、第二緩存器以及第二順序反轉(zhuǎn)模塊；

所述第一陷波濾波器為中心頻率為50hz的陷波器，所述第一緩存器用于對(duì)所述第一陷波器的輸出信號(hào)進(jìn)行分段緩存，所述第一順序反轉(zhuǎn)模塊用于將所述第一緩存器中的緩存數(shù)據(jù)的排序反轉(zhuǎn)，并將反轉(zhuǎn)后的數(shù)據(jù)輸出至所述第二陷波濾波器；

所述第二陷波濾波器為與所述第一陷波濾波器相同的濾波器，所述第二緩存器用于對(duì)所述第二陷波濾波器的輸出信號(hào)進(jìn)行分段緩存，所述第二順序反轉(zhuǎn)模塊用于將所述第二緩存器中的緩存數(shù)據(jù)的排序反轉(zhuǎn)，并將反轉(zhuǎn)后的數(shù)據(jù)輸出至所述噪聲計(jì)量乘法器。

較佳地，所述信號(hào)補(bǔ)償模塊包括參考波形緩存器、過(guò)零點(diǎn)同步器、幅值 估計(jì)模塊、增益乘法器及反相補(bǔ)償器；

所述參考波形緩存器用于緩存理想工頻同步信號(hào)采樣數(shù)據(jù)并輸出至所述過(guò)零點(diǎn)同步器；

所述過(guò)零點(diǎn)同步器用于接收所述第二數(shù)字信號(hào)，對(duì)所述第二數(shù)字信號(hào)檢測(cè)過(guò)零點(diǎn)，并根據(jù)過(guò)零點(diǎn)同步所述理想工頻同步信號(hào)采樣數(shù)據(jù)并輸出至所述增益乘法器；

所述幅值估計(jì)模塊用于對(duì)所述第二數(shù)字信號(hào)中的信號(hào)分量進(jìn)行幅值估計(jì)并將幅值估計(jì)值輸出至所述增益乘法器；

所述增益乘法器用于調(diào)整所述理想工頻同步信號(hào)采樣數(shù)據(jù)的增益，以將所述理想工頻同步信號(hào)采樣數(shù)據(jù)的增益設(shè)置為所述幅值估計(jì)值；

所述反相補(bǔ)償器用于降低所述第二數(shù)字信號(hào)中包含的理想信號(hào)分量，并將剩余的信號(hào)分量作為所述第三數(shù)字信號(hào)輸出至所述噪聲功率估計(jì)模塊。

較佳地，所述過(guò)零點(diǎn)同步器包括過(guò)零檢測(cè)模塊及數(shù)據(jù)同步模塊；

所述過(guò)零檢測(cè)模塊用于接收所述第二數(shù)字信號(hào)，通過(guò)連續(xù)檢測(cè)相鄰采樣點(diǎn)的符號(hào)判斷過(guò)零點(diǎn)位置，并將過(guò)零點(diǎn)位置輸出至所述數(shù)據(jù)同步模塊；

所述數(shù)據(jù)同步模塊用于接收所述理想工頻同步信號(hào)采樣數(shù)據(jù)，根據(jù)所述過(guò)零點(diǎn)位置，選取長(zhǎng)度為工頻周期的整數(shù)倍的理想工頻同步信號(hào)采樣數(shù)據(jù)，并輸出至所述增益乘法器。

較佳地，所述幅值估計(jì)模塊包括峰值檢測(cè)模塊及平均值計(jì)算模塊；

所述峰值檢測(cè)模塊用于接收所述第二數(shù)字信號(hào)，并以工頻為周期連續(xù)檢測(cè)所述第二數(shù)字信號(hào)的波形峰值，并將檢測(cè)出的峰值序列輸出至所述平均值計(jì)算模塊；

所述平均值計(jì)算模塊用于接收所述峰值序列，并在所述峰值序列累加至一固定長(zhǎng)度后，計(jì)算平均值并將計(jì)算結(jié)果作為所述第二數(shù)字信號(hào)中信號(hào)分量的幅值估計(jì)值并輸出至所述增益乘法器。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：本發(fā)明基于計(jì)量噪聲頻譜特性，利用信號(hào)本身提取噪聲中的關(guān)鍵分量，并用來(lái)估計(jì)噪聲平均功率，通過(guò)信號(hào)波形的自 適應(yīng)估計(jì)和補(bǔ)償，降低噪聲功率估計(jì)對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的依賴，改進(jìn)噪聲功率估計(jì)的精度，噪聲功率估計(jì)具有自適應(yīng)特征，利用本發(fā)明的噪聲功率估計(jì)裝置可以改善小信號(hào)計(jì)量性能。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的較佳實(shí)施例的電參量計(jì)量過(guò)程中的噪聲功率估計(jì)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的較佳實(shí)施例的電參量計(jì)量過(guò)程中的噪聲功率估計(jì)裝置的波形處理模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的較佳實(shí)施例的電參量計(jì)量過(guò)程中的噪聲功率估計(jì)裝置的信號(hào)補(bǔ)償模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明的較佳實(shí)施例的電參量計(jì)量過(guò)程中的噪聲功率估計(jì)裝置的信號(hào)補(bǔ)償模塊的過(guò)零點(diǎn)同步器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明的較佳實(shí)施例的電參量計(jì)量過(guò)程中的噪聲功率估計(jì)裝置的信號(hào)補(bǔ)償模塊的幅值估計(jì)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明的較佳實(shí)施例的電參量計(jì)量過(guò)程中的噪聲功率估計(jì)裝置的噪聲功率估計(jì)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明的較佳實(shí)施例的電參量計(jì)量過(guò)程中的噪聲功率估計(jì)裝置的噪聲功率估計(jì)模塊的零相位陷波器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例的方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。

如圖1-7所示，本發(fā)明的電參量計(jì)量過(guò)程中的噪聲功率估計(jì)裝置包括波形處理模塊1、信號(hào)補(bǔ)償模塊2以及噪聲功率估計(jì)模塊3；

所述波形處理模塊1用于采樣模擬信號(hào)，并將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(hào)并輸出至所述噪聲功率估計(jì)模塊3；

所述噪聲功率估計(jì)模塊3用于將所述第一數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字信號(hào)并輸出至所述信號(hào)補(bǔ)償模塊2；

所述信號(hào)補(bǔ)償模塊2用于對(duì)所述第二數(shù)字信號(hào)中的信號(hào)分量進(jìn)行同步跟蹤和反相補(bǔ)償，以生成第三數(shù)字信號(hào)并輸出至所述噪聲功率估計(jì)模塊3；

所述噪聲功率估計(jì)模塊3還用于根據(jù)所述第三數(shù)字信號(hào)估計(jì)計(jì)量噪聲的平均功率。

其中，所述波形處理模塊1可以分為電流信號(hào)通道和電壓信號(hào)通道，分別接收模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào)作為模擬信號(hào)輸入(即所述模擬信號(hào)可具體包括模擬電流信號(hào)和模擬電壓信號(hào))，對(duì)應(yīng)的，所述第一數(shù)字信號(hào)也包括第一數(shù)字電流信號(hào)和第一數(shù)字電壓信號(hào)，電流信號(hào)通道和電壓信號(hào)通道均包括依次連接的增益放大器11、模數(shù)轉(zhuǎn)換器12、高通濾波器13及增益補(bǔ)償器14；

所述增益放大器11用于將所述模擬信號(hào)縮放至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器12的線性工作區(qū)間，并輸出至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器12；

所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器12用于將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一精度數(shù)字信號(hào)，并將所述第一精度數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為精度更高的第二精度數(shù)字信號(hào)后輸出至所述高通濾波器13；

具體地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器12可以包括順序連接的sigma-delta調(diào)制器和數(shù)字抽取濾波器，所述模擬信號(hào)會(huì)首先被輸出至所述sigma-delta調(diào)制器，以轉(zhuǎn)換為1bit低精度串行數(shù)字信號(hào)(即所述第一精度數(shù)字信號(hào))，在本實(shí)施例中所述sigma-delta調(diào)制器的階次選擇二階，并將轉(zhuǎn)換后的第一精度數(shù)字信號(hào)輸出至所述數(shù)字抽取濾波器，以生成精度更高的第二精度數(shù)字信號(hào)，本實(shí)施例中選擇三階sinc濾波器作為所述數(shù)字抽取濾波器，所述數(shù)字抽取濾波器會(huì)將所述第二精度數(shù)字信號(hào)輸出至所述高通濾波器13。

所述高通濾波器13用于濾除所述第二精度數(shù)字信號(hào)中的直流分量后輸出至所述增益補(bǔ)償器14；本實(shí)施例中所述高通濾波器13的截止頻率選擇為1-2hz，經(jīng)過(guò)濾波，可以去除所述第二精度數(shù)字信號(hào)中的直流分量。

所述增益補(bǔ)償器14用于對(duì)所述第二精度數(shù)字信號(hào)進(jìn)行全局增益校正，并生成所述第一數(shù)字信號(hào)。

在本實(shí)施例中，所述波形處理模塊1中的電流信號(hào)通道和電壓信號(hào)通道各模塊的參數(shù)設(shè)計(jì)均完全相同，以保證兩個(gè)通道之間的對(duì)稱性。

所述噪聲功率估計(jì)模塊3包括低通濾波器31、信號(hào)抽取器32、零相位陷波器33、噪聲計(jì)量乘法器34、取直流濾波器35及偏置補(bǔ)償器36；

所述噪聲功率估計(jì)模塊3與所述波形處理模塊1及所述信號(hào)補(bǔ)償模塊2相互連接，接收來(lái)自所述波形處理模塊1的第一數(shù)字電流信號(hào)和第一數(shù)字電壓信號(hào)，并將第一數(shù)字電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字信號(hào)輸出至信號(hào)補(bǔ)償模塊2，并接收來(lái)自信號(hào)補(bǔ)償模塊2的第三數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行噪聲功率的估計(jì)。具體地，所述波形處理模塊1生成的信號(hào)中噪聲頻譜分布在低于轉(zhuǎn)角頻率時(shí)主要由反比于頻率的1/f(f表示頻率)閃爍噪聲構(gòu)成，所述噪聲功率估計(jì)模塊利用這個(gè)特點(diǎn)，將低頻噪聲作為噪聲中的關(guān)鍵分量加以提取，同時(shí)為避免工頻諧波信號(hào)造成干擾，通過(guò)所述低通濾波器31限制接收到的第一數(shù)字電流信號(hào)中的高頻分量，在本實(shí)施例中所述低通濾波器31的截止頻率應(yīng)當(dāng)?shù)陀?00hz且高于工頻50hz，優(yōu)選地，本實(shí)施例中設(shè)置為95hz，并且將濾波后的信號(hào)輸出至所述信號(hào)抽取器32進(jìn)行數(shù)據(jù)降速處理。

所述低通濾波器31用于濾除所述第一數(shù)字信號(hào)(具體為第一數(shù)字電流信號(hào))中的高頻分量，以生成低通濾波信號(hào)并輸出至所述信號(hào)抽取器32；

所述信號(hào)抽取器32用于按照一采樣周期對(duì)所述低通濾波信號(hào)進(jìn)行抽取，并將抽取后的電流信號(hào)作為所述第二數(shù)字信號(hào)。所述信號(hào)抽取器32對(duì)所述低通濾波信號(hào)每隔d(d為2的整數(shù)次冪)個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行一次抽取(即所述信號(hào)抽取器為d倍抽取器)，優(yōu)選地，抽取倍數(shù)d滿足抽取后的速率大于工頻50hz的三倍。

所述零相位陷波器33用于接收來(lái)自信號(hào)補(bǔ)償模塊2的所述第三數(shù)字信號(hào)，并去除所述第三數(shù)字信號(hào)中的電流信號(hào)的工頻信號(hào)分量，剩余的則作為噪聲的關(guān)鍵分量，即所述噪聲分量，為此，所述零相位陷波器33的中心頻 率設(shè)置為工頻50hz，為了減少工頻附近噪聲分量的丟失，所述零相位陷波器33的帶寬設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能小，理想情況下趨近于0hz，本實(shí)施例中帶寬選擇為0.05hz；所述零相位陷波器33將提取所述電流信號(hào)中的噪聲分量(即噪聲的關(guān)鍵分量)并輸出至所述噪聲計(jì)量乘法器34；

由于第三數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)理想工頻同步信號(hào)反相補(bǔ)償，其中殘留的工頻信號(hào)強(qiáng)度大幅減小，這使得小衰減增益陷波器設(shè)計(jì)成為可能，也避免了傳統(tǒng)陷波器的設(shè)計(jì)依賴于輸入信號(hào)所含工頻分量強(qiáng)度的限制，低增益也使得工頻附近的噪聲分量衰減減小，進(jìn)一步提高了噪聲功率估計(jì)的精度；在小信號(hào)計(jì)量情況下，強(qiáng)度較大的工頻電壓信號(hào)與電流信號(hào)中處于工頻附近的噪聲信號(hào)相乘產(chǎn)生的噪聲功率占比較大，普通陷波器的非線性相位特性會(huì)導(dǎo)致噪聲功率估計(jì)產(chǎn)生顯著失真，所述零相位陷波器33在去除工頻分量同時(shí)保持噪聲分量的相位關(guān)系不變，避免相位失真；所述零相位陷波器33輸出作為第三數(shù)字電流信號(hào)中噪聲關(guān)鍵分量的估計(jì)值至相連接的噪聲計(jì)量乘法器34。

所述零相位陷波器33包括依次連接的第一陷波濾波器331、第一緩存器332、第一順序反轉(zhuǎn)模塊333、第二陷波濾波器334、第二緩存器335以及第二順序反轉(zhuǎn)模塊336；

所述第一陷波濾波器331為中心頻率為工頻50hz的陷波器，優(yōu)選地，3db帶寬趨近于0hz，所述第一緩存器332用于對(duì)所述第一陷波濾波器331的輸出信號(hào)進(jìn)行分段緩存，優(yōu)選地，緩存空間容量設(shè)置為工頻周期采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)的整數(shù)倍，所述第一順序反轉(zhuǎn)模塊333用于將所述第一緩存器332中的緩存數(shù)據(jù)的排序反轉(zhuǎn)，并將反轉(zhuǎn)后的數(shù)據(jù)輸出至所述第二陷波濾波器334；

所述第二陷波濾波器334為中心頻率為工頻50hz的濾波器，所述第二陷波濾波器334與所述第一陷波濾波器331完全相同，所述第二緩存器335用于對(duì)所述第二陷波濾波器334的輸出信號(hào)進(jìn)行分段緩存，緩存空間的大小與所述第一緩存器332完全相同，所述第二順序反轉(zhuǎn)模塊336用于將所述第二緩存器335中的緩存數(shù)據(jù)的排序反轉(zhuǎn)，并將反轉(zhuǎn)后的數(shù)據(jù)輸出至所述噪聲計(jì)量乘法器34。

這樣，所述噪聲計(jì)量乘法器34連接的一個(gè)輸入信號(hào)即為第一數(shù)字電流信號(hào)經(jīng)過(guò)所述低通濾波器31、所述信號(hào)抽取器32的處理后生成的第二數(shù)字信號(hào)再經(jīng)過(guò)所述信號(hào)補(bǔ)償模塊2的反相補(bǔ)償后生成的第三數(shù)字信號(hào)(即第三數(shù)字電流信號(hào))經(jīng)過(guò)所述零相位陷波器33處理后所產(chǎn)生的電流信號(hào)中的噪聲分量；所述噪聲計(jì)量乘法器34連接的另一個(gè)輸入信號(hào)為第一數(shù)字電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)所述低通濾波器31和所述信號(hào)抽取器32后所產(chǎn)生的電壓信號(hào)，其中，所述第一低通濾波器31用于限制輸入的第一數(shù)字電壓信號(hào)中的高頻分量，其截止頻率與處理第一數(shù)字電流信號(hào)的第一低通濾波器相同，所述信號(hào)抽取器32同樣進(jìn)行數(shù)據(jù)降速處理，其抽取倍數(shù)也與處理第一數(shù)字電流信號(hào)的信號(hào)抽取器相同；小信號(hào)計(jì)量時(shí)電流通道的工頻信號(hào)很小，與電壓通道噪聲相乘產(chǎn)生的噪聲功率占比較小，第一數(shù)字電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)所述信號(hào)抽取器32的處理后不再經(jīng)過(guò)零相位陷波器的處理而直接輸出至所述噪聲計(jì)量乘法器34，并與提取的第三數(shù)字電流信號(hào)中的噪聲分量相乘得到噪聲瞬時(shí)功率估計(jì)值。

所述噪聲計(jì)量乘法器34用于對(duì)所述電流信號(hào)(即所述第三數(shù)字電流信號(hào))中的噪聲分量與所述信號(hào)抽取器抽取的信號(hào)中的電壓信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，以得到噪聲瞬時(shí)功率值并輸出至所述取直流濾波器35；

所述取直流濾波器35用于濾除所述噪聲瞬時(shí)功率值中的高頻波動(dòng)分量，以生成噪聲平均功率值并輸出至所述偏置補(bǔ)償器36；所述取直流濾波器35優(yōu)選為一低通濾波器，優(yōu)選地，本實(shí)施例中所述取直流濾波器35的截止頻率選擇為1-2hz。

所述偏置補(bǔ)償器36用于調(diào)整所述噪聲平均功率值中的直流分量，并將調(diào)整結(jié)果作為計(jì)量噪聲的平均功率的最終估計(jì)值并輸出。

所述信號(hào)補(bǔ)償模塊2用于接收所述噪聲功率估計(jì)模塊3輸出的第二數(shù)字信號(hào)(電流信號(hào))，利用信號(hào)擬合的方法同步跟蹤、反相補(bǔ)償?shù)诙?shù)字信號(hào)中包含的工頻信號(hào)，降低工頻信號(hào)的含量，并將補(bǔ)償結(jié)果作為第三數(shù)字信號(hào)(電流信號(hào))反饋輸出至所述噪聲功率估計(jì)模塊3。所述信號(hào)補(bǔ)償模塊2包括參考波形緩存器21、過(guò)零點(diǎn)同步器22、幅值估計(jì)模塊23、增益乘法器24 及反相補(bǔ)償器25；

其中，所述參考波形緩存器21用于緩存理想工頻同步信號(hào)采樣數(shù)據(jù)并輸出至所述過(guò)零點(diǎn)同步器22；在本實(shí)施例中將幅值為單位幅值1、頻率為工頻50hz、初始相位為0的理想正弦波，按照所述噪聲功率估計(jì)模塊3中的信號(hào)抽取器輸出的采樣率采樣后的數(shù)據(jù)，截取整數(shù)周期后，作為參考波形預(yù)先存儲(chǔ)至所述參考波形緩存器21，本實(shí)施例中截取周期個(gè)數(shù)選擇為3個(gè)周期為例，并將緩存數(shù)據(jù)輸出至所述過(guò)零點(diǎn)同步器22；

所述過(guò)零點(diǎn)同步器用于接收所述第二數(shù)字信號(hào)，對(duì)所述第二數(shù)字信號(hào)檢測(cè)過(guò)零點(diǎn)，并根據(jù)過(guò)零點(diǎn)同步所述理想工頻同步信號(hào)采樣數(shù)據(jù)并輸出至所述增益乘法器24；

具體地，所述過(guò)零點(diǎn)同步器22包括過(guò)零檢測(cè)模塊221及數(shù)據(jù)同步模塊222；

所述過(guò)零檢測(cè)模塊221用于接收所述第二數(shù)字信號(hào)，通過(guò)連續(xù)檢測(cè)相鄰采樣點(diǎn)的符號(hào)判斷過(guò)零點(diǎn)位置，過(guò)零方向可選擇正向過(guò)零或反向過(guò)零，本實(shí)施例選擇相鄰3個(gè)采樣數(shù)據(jù)、正向過(guò)零的判斷規(guī)則，為了提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性可以增加檢測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)，過(guò)零信息(包括過(guò)零點(diǎn)位置)被輸出至所述數(shù)據(jù)同步模塊222，用于同步來(lái)自參考波形緩存器21的理想波形的相位關(guān)系；

所述數(shù)據(jù)同步模塊222用于接收所述理想工頻同步信號(hào)采樣數(shù)據(jù)，根據(jù)所述過(guò)零點(diǎn)位置，選取長(zhǎng)度為工頻周期的整數(shù)倍的理想工頻同步信號(hào)采樣數(shù)據(jù)，并輸出至所述增益乘法器24。

其中，所述數(shù)據(jù)同步模塊222根據(jù)過(guò)零信息動(dòng)態(tài)選擇理想波形數(shù)據(jù)輸出的起止位置，由有限長(zhǎng)度的理想波形采樣數(shù)據(jù)生成連續(xù)傳輸?shù)睦硐氩ㄐ尾蓸訑?shù)據(jù)，并輸出至所述增益乘法器24。

所述幅值估計(jì)模塊23用于對(duì)所述第二數(shù)字信號(hào)中的信號(hào)分量進(jìn)行幅值估計(jì)并將幅值估計(jì)值輸出至所述增益乘法器；

具體地，所述幅值估計(jì)模塊23包括峰值檢測(cè)模塊231及平均值計(jì)算模塊232；

所述峰值檢測(cè)模塊231用于接收所述第二數(shù)字信號(hào)，并以工頻為周期連續(xù)檢測(cè)所述第二數(shù)字信號(hào)的波形峰值，并將檢測(cè)出的峰值序列輸出至所述平均值計(jì)算模塊232；在本實(shí)施例中，所述峰值檢測(cè)模塊231接收來(lái)自所述噪聲功率估計(jì)模塊3輸出的第二數(shù)字信號(hào)，以工頻50hz作為周期，連續(xù)檢測(cè)每個(gè)周期中的信號(hào)峰值，并將檢測(cè)出的峰值序列輸出至所述平均值計(jì)算模塊232；

所述平均值計(jì)算模塊232用于接收所述峰值序列，并在所述峰值序列累加至一固定長(zhǎng)度后(即累加到一定的峰值數(shù)量后)，計(jì)算峰值平均值并將計(jì)算結(jié)果作為所述第二數(shù)字信號(hào)中信號(hào)分量的幅值估計(jì)值并輸出至所述增益乘法器24。在峰值點(diǎn)數(shù)足夠多的情況下，將得到相對(duì)穩(wěn)定和精確的幅值估計(jì)，本實(shí)施例中選擇峰值點(diǎn)數(shù)20個(gè)為例。

所述增益乘法器24用于調(diào)整所述理想工頻同步信號(hào)采樣數(shù)據(jù)的增益，以將所述理想工頻同步信號(hào)采樣數(shù)據(jù)的增益設(shè)置為所述幅值估計(jì)值；

所述增益乘法器24根據(jù)幅值估計(jì)提供的增益信息通過(guò)乘法運(yùn)算調(diào)整理想波形采樣數(shù)據(jù)幅值，生成理想的工頻跟蹤信號(hào)，并輸出至所述反相補(bǔ)償器25。

所述反相補(bǔ)償器25用于降低所述第二數(shù)字信號(hào)中包含的理想信號(hào)分量，并將剩余的信號(hào)分量作為所述第三數(shù)字信號(hào)輸出至所述噪聲功率估計(jì)模塊3。其中，所述反相補(bǔ)償器25包含一減法器，利用理想的工頻跟蹤信號(hào)作為減數(shù)來(lái)降低來(lái)自所述噪聲功率估計(jì)模塊3的第二數(shù)字信號(hào)的工頻分量的含量，并將計(jì)算結(jié)果作為第三數(shù)字信號(hào)輸出至所述噪聲功率估計(jì)模塊3。

理想情況下，信號(hào)補(bǔ)償模塊2提供的跟蹤信號(hào)精確跟蹤第二數(shù)字信號(hào)中的工頻分量，第三數(shù)字信號(hào)中將僅包含噪聲分量，信號(hào)補(bǔ)償結(jié)果相當(dāng)于帶寬為0hz的理想工頻陷波器，實(shí)際由于存在信號(hào)跟蹤誤差，第三數(shù)字信號(hào)中將殘余少量的工頻信號(hào)分量，在反饋至噪聲功率估計(jì)模塊3后可通過(guò)零相位陷波器濾除，由于殘留工頻分量幅值較小，設(shè)計(jì)小衰減增益陷波器成為可能，小增益也使得工頻附近的噪聲分量衰減減小，進(jìn)一步提高噪聲功率估計(jì)的精 度，同時(shí)，工頻信號(hào)分量的自適應(yīng)跟蹤和反相補(bǔ)償，也避免了傳統(tǒng)陷波器的設(shè)計(jì)依賴于輸入信號(hào)所含工頻分量強(qiáng)度的限制。

綜上所述，利用本發(fā)明提供的電參量計(jì)量過(guò)程中自適應(yīng)噪聲功率估計(jì)裝置，通過(guò)工頻信號(hào)分量的自適應(yīng)跟蹤和反相補(bǔ)償，可實(shí)現(xiàn)噪聲中的關(guān)鍵分量提取和噪聲功率的自適應(yīng)估計(jì)，避免噪聲功率估計(jì)對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的依賴，改進(jìn)噪聲功率估計(jì)的精度。利用本發(fā)明的所述噪聲功率估計(jì)裝置可以改善小信號(hào)計(jì)量性能。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。