用于计算单相有效值的方法及装置

摘要

本发明公开了一种用于计算单相有效值的方法及装置，该方法包括：信号采集步骤，采集交流信号；绝对值变换步骤，将采集的交流信号进行绝对值变换；直流分量提取步骤，将绝对值变换后的交流信号进行第一变换，并提取其中的直流分量；比例变换步骤，将直流分量进行比例变换以获取交流信号的单相有效值。本发明可以提高交流信号单相有效值的运算速度和精度。

权利要求

1.一种用于计算单相有效值的方法，包括：信号采集步骤，采集交流信号；

绝对值变换步骤，将采集的交流信号进行绝对值变换；

直流分量提取步骤，将绝对值变换后的交流信号进行第一变换，并提取其中的直流分量；

比例变换步骤，将所述直流分量进行比例变换以获取所述交流信号的单相有效值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一变换包括傅里叶变换。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述比例变换步骤采用的比例系数为

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交流信号为电压信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交流信号为电流信号。

6.一种用于计算单相有效值的装置，包括：采集模块，用于采集交流信号；

绝对值变换模块，将采集的交流信号进行绝对值变换；

直流分量提取模块，将绝对值变换后的交流信号进行第一变换，并提取其中的直流分量；

比例变换模块，将所述直流分量进行比例变换以获取所述交流信号的单相有效值。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述直流分量提取模块采用的所述第一变换包括傅里叶变换。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述比例变换模块采用的比例系数为

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述采集模块采集的交流信号为电压信号。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述采集模块采集的交流信号为电流信号。

说明书

用于计算单相有效值的方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及电力技术领域，具体地说，涉及一种用于计算单相有效值的方法及装置。

背景技术

[0002] 有效值(RMS)体现的是交流信号幅值，是负载对象热效应的度量指标之一，其对系统的保护与实际运行工况的判断有重要的指导性意义，具有很强的实际意义。有效值具体定义为：让交流与直流分别通过相同阻值的电阻，如果它们在相同时间内产生的热量相等，就把这一直流数值叫做这一交流的有效值。

[0003] 大功率变流系统的硬件保护门槛数值设定根据交流瞬时值，而软件保护依据有效值，特别是针对三相不平衡与缺相保护，需要计算三相交流量中的单相有效值。所以，有效值的精度决定了保护系统的精确性。如果有效值存在很大的误差，将会导致系统保护失效，严重会机毁人亡。

[0004] 在常规计算有效值的方法中，对于单相有效值的计算以及变动频率下的单相有效值的计算，是通过取多点求均方根的方法，存在一定的局限性和复杂性。该方法对于取点个数与取点周期有比较高的要求，会占用大量的存储空间且计算耗时，同时在频率变化的时候会导致计算不精准。

发明内容

[0005] 为解决以上问题，本发明提供了一种用于计算单相有效值的方法及装置，用以提高交流信号单相有效值的运算速度和精度。

[0006] 根据本发明的一个方面，提供了一种用于计算单相有效值的方法，包括：

[0007] 信号采集步骤，采集交流信号；

[0008] 绝对值变换步骤，将采集的交流信号进行绝对值变换；

[0009] 直流分量提取步骤，将绝对值变换后的交流信号进行第一变换，并提取其中的直流分量；

[0010] 比例变换步骤，将所述直流分量进行比例变换以获取所述交流信号的单相有效值。

[0011] 根据本发明的一个实施例，所述第一变换包括傅里叶变换。

[0012] 根据本发明的一个实施例，所述比例变换步骤采用的比例系数为[0013] 根据本发明的一个实施例，所述交流信号为电压信号。

[0014] 根据本发明的一个实施例，所述交流信号为电流信号。

[0015] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于计算单相有效值的装置，包括：

[0016] 采集模块，用于采集交流信号；

[0017] 绝对值变换模块，将采集的交流信号进行绝对值变换；

[0018] 直流分量提取模块，将绝对值变换后的交流信号进行第一变换，并提取其中的直流分量；

[0019] 比例变换模块，将所述直流分量进行比例变换以获取所述交流信号的单相有效值。

[0020] 根据本发明的一个实施例，所述直流分量提取模块采用的所述第一变换包括傅里叶变换。

[0021] 根据本发明的一个实施例，所述比例变换模块采用的比例系数为[0022] 根据本发明的一个实施例，所述采集模块采集的交流信号为电压信号。

[0023] 根据本发明的一个实施例，所述采集模块采集的交流信号为电流信号。

[0024] 本发明的有益效果：

[0025] 本发明通过依次设置绝对值变换、傅里叶变换和比例运算三个运算环节，在计算交流信号有效值的过程中，只需完成加法和乘法运算，而没有通常需要耗费大量时钟周期的开方运算，从而可以大大提高方法的运算速度。另外，本发明接口简单，不需要进行周期等分采样处理，可以将软件和采样的联系分开，则不会占用大量的存储空间。同时，本发明采用频域分析方法，将时域信号转换为频域信号处理，可以避免频率变换对采样信号的干扰，提高了运算的精度。

[0026] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

[0027] 为了更清楚地说明本发明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的附图做简单的介绍：

[0028] 图1是根据本发明的一个实施例的方法流程图；

[0029] 图2a是根据本发明的一个实施例的绝对值变换前的交流信号示意图；

[0030] 图2b是根据本发明的一个实施例的绝对值变换后的交流信号示意图；以及[0031] 图3是根据本发明的一个实施例的装置结构图。

具体实施方式

[0032] 以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

[0033] 在常规计算交流有效值的方法中，对于单相有效值的计算以及对于变动频率下的单相有效值的计算，通过取多点求均方根的方法存在一定的局限性和复杂性。这种方法对于取点个数与取点周期有比较高的要求，会占用大量的存储空间且计算耗时，同时在频率变化的时候出现计算不精准。

[0034] 因此，本发明提供了一种用于计算单相有效值的方法，如图1所示为根据本发明的一个实施例的方法流程图，以下参考图1来对本发明进行详细说明。

[0035] 首先是步骤S110，信号采集步骤，即采集交流信号。具体的，在该步骤中，采集的交流信号既可以是电压信号，也可以是电流信号。交流信号是电流的方向会发生变化的信号，其可以由如下的正弦函数表示：

[0036] x(t)＝Am sinωt  (1)

[0037] 其中，Am表示该交流信号的最大幅值，ω表示该交流信号的角频率，t表示时间。

[0038] 设定采样频率，对原始的模拟交流信号进行采样，获得离散的数字形式的交流信号。

[0039] 接着是步骤S120，绝对值变换步骤，即将采集的交流信号进行绝对值变换。具体的，在该步骤中，将式(1)表示的交流信号进行绝对值变换，变换为：

[0040] y(t)＝Am|sinωt|  (2)

[0041] 也就是将采样的负值信号变换为正值信号，原采样的正值信号不变，具体的信号变换如图2a(绝对值变换前)和图2b(绝对值变换后)所示。

[0042] 接着，在步骤S130中，绝对值变换步骤，即将绝对值变换后的交流信号进行第一变换，并提取其中的直流分量。具体的，在该步骤中，通过采用一定的变换方法，将绝对值变换后的交流信号变换为一定的直流信号。

[0043] 在本发明的一个实施例中，该变换方法为傅里叶变换。傅立叶变换是一种分析信号的方法，它可分析信号的成分，也可用这些成分合成信号，傅里叶变换用正弦波作为信号的成分。因此，用正弦函数表示的交流信号，可以采用傅里叶变换进行分析。

[0044] 经绝对值变换后的交流信号，即式(2)经傅里叶变换得到的傅里叶级数f(t)为：

[0045]

[0046] 其中， 为该交流信号中的直流分量。

[0047] 由于交流信号的有效值与该交流信号幅值的最大值之间为 倍关系，即：有效值所以，基于该直流分量可以计算得到交流信号的有效值。

[0048] 最后，在步骤S140中，比例变换步骤，即将直流分量进行比例变换以获取交流信号的单相有效值。

[0049] 具体的，在该步骤中，加入一比例环节，对步骤S130中得到的直流分量进行处理，从而得到该交流信号的单相有效值。在采用傅里叶变换获得的直流分量为 时，将该直流分量乘以一个比例系数 即可以得到该交流信号的有效值

[0050] 由以上分析可知，本发明在计算交流信号有效值的过程中，只需完成加法和乘法运算，而没有通常需要耗费大量时钟周期的开方运算，从而可以大大提高方法的运算速度。另外，本发明接口简单，不需要进行周期等分采样处理，可以将软件和采样的联系分开，则不会占用大量的存储空间。同时，本发明采用频域分析方法，将时域信号转换为频域信号处理，可以避免频率变换对采样信号的干扰，提高了运算的精度。

[0051] 在本发明中，第一变换采用傅里叶变换时得到直流分量时，对应的比例系数为当第一变换采用其他变换方法得到直流分量时，对应的比例系数需做相应调整。

[0052] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于计算单相有效值的装置。如图3所示为根据本发明的一个实施例的装置结构示意图，以下参考图3来对本发明进行详细说明。

[0053] 如图3所示，该用于计算单相有效值的装置包括采集模块、绝对值变换模块、直流分量提取模块和比例变换模块。

[0054] 其中，采集模块用于采集交流信号；绝对值变换模块将采集的交流信号进行绝对值变换；直流分量提取模块将绝对值变换后的交流信号进行第一变换，并提取其中的直流分量；比例变换模块将直流分量进行比例变换以获取交流信号的单相有效值。

[0055] 采集模块采集的交流信号既可以是电压信号，也可以是电流信号。交流信号是电流的方向会发生变化的信号，其可以由式(1)的正弦函数表示。

[0056] 在本发明的一个实施例中，该直流分量提取模块采用的第一变换包括傅里叶变换。傅立叶变换是一种分析信号的方法，它可分析信号的成分，也可用这些成分合成信号，傅里叶变换用正弦波作为信号的成分。因此，用正弦函数表示的交流信号，可以采用傅里叶变换进行分析。经绝对值变换后的交流信号，即式(2)经傅里叶变换得到的傅里叶级数f(t)，即式(3)。

[0057] 由于交流信号的有效值与该交流信号幅值的最大值之间为 倍关系，即：有效值所以，基于该直流分量可以计算得到交流信号的有效值。

[0058] 在本发明的一个实施例中，该比例变换模块采用的比例系数为 对式(3)中的直流分量进行处理，即得到该交流信号的单相有效值。在采用傅里叶变换获得的直流分量为 时，将该直流分量乘以比例系数 即可以得到该交流信号的有效值

[0059] 当直流分量提取模块中的第一变换采用其他变换方法得到直流分量时，比例变换模块中的比例系数需做相应调整。

[0060] 虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。