一種基于時(shí)域準(zhǔn)同步的動(dòng)態(tài)信號(hào)相量測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于時(shí)域準(zhǔn)同步的動(dòng)態(tài)信號(hào)相量測(cè)量方法，利用時(shí)域準(zhǔn)同步采樣算法估計(jì)采樣信號(hào)的基波頻率，利用基波頻率估計(jì)值對(duì)采樣信號(hào)做時(shí)域準(zhǔn)同步化，通過(guò)牛頓插值法重構(gòu)準(zhǔn)同步采樣序列，利用FFT對(duì)重構(gòu)的準(zhǔn)同步采樣序列進(jìn)行頻域分析，得到動(dòng)態(tài)信號(hào)相量測(cè)量結(jié)果。該方法避免了非同步采樣引起的頻譜泄漏對(duì)現(xiàn)有相量測(cè)量方法測(cè)量精度的影響；基于時(shí)域準(zhǔn)同步的動(dòng)態(tài)信號(hào)相量測(cè)量算法運(yùn)算復(fù)雜度小于現(xiàn)有的基于離散傅里葉變換的相量測(cè)量算法，且基于時(shí)域準(zhǔn)同步的動(dòng)態(tài)信號(hào)相量測(cè)量算法易于在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。
【專利說(shuō)明】一種基于時(shí)域準(zhǔn)同步的動(dòng)態(tài)信號(hào)相量測(cè)量方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號(hào)相量測(cè)量領(lǐng)域，具體是一種基于時(shí)域準(zhǔn)同步的動(dòng)態(tài)信號(hào)相量測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子裝置、半導(dǎo)體器件等非線性負(fù)荷的廣泛使用，電能質(zhì)量問(wèn)題層出不窮。如何實(shí)時(shí)測(cè)量和分析電力系統(tǒng)的實(shí)際情況，從而提高電能質(zhì)量，已經(jīng)成為近年來(lái)電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域中的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。
[0003]目前，電力系統(tǒng)中電壓和電流都是隨時(shí)間做正弦變化的時(shí)變量，都可用相量表示。但是，IEEE Standardl344-1995定義相量的前提為在穩(wěn)態(tài)條件下，即信號(hào)的幅值、頻率和相角都保持不變，在額定頻率下，相角的瞬時(shí)測(cè)量值相對(duì)與絕對(duì)參照時(shí)間保持不變。但是在實(shí)際應(yīng)用中，信號(hào)頻率偏離額定頻率時(shí)，相角隨頻率變化，從而引入誤差，難以得到準(zhǔn)確的計(jì)算值。
[0004]現(xiàn)有的相量測(cè)量算法主要有過(guò)零檢測(cè)法、離散傅里葉變換(DFT)法等。過(guò)零檢測(cè)法是比較直觀的一種同步相量測(cè)量方法，只需要將被測(cè)工頻信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻與某一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)相比較即可得出相角差；過(guò)零檢測(cè)法原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但其精度不高，且易受諧波、噪聲分量的影響。當(dāng)電網(wǎng)中頻率無(wú)偏移時(shí)，DFT算法可以準(zhǔn)確地測(cè)量信號(hào)的幅值和相位，且其計(jì)算精度不受恒定直流分量和整次諧波分量的影響；但當(dāng)電網(wǎng)頻率有偏移時(shí)，由于非同步采樣引起的頻譜泄漏，相量測(cè)量的精度會(huì)迅速下降。
[0005]為此，研究一種高準(zhǔn)確度的動(dòng)態(tài)信號(hào)相量測(cè)量方法在保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行方面具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種基于時(shí)域準(zhǔn)同步的動(dòng)態(tài)信號(hào)相量測(cè)量方法，避免了非同步采樣引起的頻譜泄漏對(duì)現(xiàn)有相量測(cè)量方法測(cè)量精度的影響；基于時(shí)域準(zhǔn)同步的動(dòng)態(tài)信號(hào)相量測(cè)量算法運(yùn)算復(fù)雜度小于現(xiàn)有的基于離散傅里葉變換的相量測(cè)量算法，且基于時(shí)域準(zhǔn)同步的動(dòng)態(tài)信號(hào)相量測(cè)量算法易于在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的解決方案為:利用時(shí)域準(zhǔn)同步采樣算法估計(jì)采樣信號(hào)的基波頻率，利用基波頻率估計(jì)值對(duì)采樣信號(hào)做時(shí)域準(zhǔn)同步化，通過(guò)牛頓插值法重構(gòu)準(zhǔn)同步采樣序列，利用FFT對(duì)插值重構(gòu)的準(zhǔn)同步采樣序列進(jìn)行頻域分析，得到動(dòng)態(tài)信號(hào)相量測(cè)量結(jié)果。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種基于時(shí)域準(zhǔn)同步的動(dòng)態(tài)信號(hào)相量測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0010]步驟一:對(duì)電力信號(hào)進(jìn)行采樣，在采樣后單獨(dú)將采樣信號(hào)另存為原始采樣樣本，同時(shí)對(duì)采樣信號(hào)添加濾波器，以濾除諧波和噪聲干擾；
[0011]步驟二:對(duì)經(jīng)濾波處理后的采樣信號(hào)采用準(zhǔn)同步采樣算法估計(jì)基波頻率，得到基波頻率估計(jì)值fg;
[0012]步驟三:利用步驟二中得到的頻率估計(jì)值fg以及一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)N計(jì)算得到準(zhǔn)同步采樣周期λ，以λ為步長(zhǎng)，采用牛頓插值法對(duì)步驟一中原始采樣樣本中的離散序列做時(shí)域準(zhǔn)同步化處理，插值重構(gòu)獲取準(zhǔn)同步采樣序列；
[0013]步驟四:對(duì)步驟三中得到的準(zhǔn)同步采樣序列，采用矩形窗截取一個(gè)信號(hào)周期，進(jìn)行FFT頻譜分析，得到信號(hào)的頻域信息，并計(jì)算電力信號(hào)的頻率、幅值以及相位參數(shù)，得到動(dòng)態(tài)信號(hào)相量測(cè)量結(jié)果。
[0014]所述的方法，步驟一中濾波器的選取規(guī)則是:
[0015]選取三角自卷積窗數(shù)字帶通FIR濾波器，下阻帶邊緣頻率為40Hz，下通帶邊緣頻率為46Hz，上通帶邊緣頻率為54Hz，上阻帶邊緣頻率為60Hz，通帶紋波0.01，阻帶紋波0.1。其中，三角自卷積窗數(shù)字帶通FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法是:首先，根據(jù)對(duì)阻帶衰減及過(guò)渡帶的指標(biāo)要求，選擇三角自卷積窗，并估計(jì)窗口長(zhǎng)度；其次，構(gòu)造理想數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)，并根據(jù)理想頻率響應(yīng)函數(shù)求出理想單位脈沖響應(yīng)；最后，對(duì)脈沖響應(yīng)函數(shù)加三角自卷積窗得到設(shè)計(jì)結(jié)果。
[0016]所述的方法，步驟二中準(zhǔn)同步采樣算法參數(shù)選取規(guī)則是:
[0017]單次迭代點(diǎn)數(shù)D為64,迭代次數(shù)P為5。
[0018]以下通過(guò)理論推導(dǎo)的方式對(duì)本發(fā)明達(dá)成的技術(shù)效果進(jìn)行說(shuō)明。
[0019]時(shí)域內(nèi)連續(xù)的諧波信號(hào)通?？梢员硎緸槿缦滦问?br> 【權(quán)利要求】
1.一種基于時(shí)域準(zhǔn)同步的動(dòng)態(tài)信號(hào)相量測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:對(duì)電力信號(hào)進(jìn)行采樣，在采樣后單獨(dú)將采樣信號(hào)另存為原始采樣樣本，同時(shí)對(duì)采樣信號(hào)添加濾波器，以濾除諧波和噪聲干擾，再將經(jīng)濾波處理后的采樣信號(hào)進(jìn)行步驟二的處理； 步驟二:對(duì)經(jīng)濾波處理后的采樣信號(hào)采用準(zhǔn)同步采樣算法估計(jì)基波頻率，得到基波頻率估計(jì)值fg; 步驟三:利用步驟二中得到的頻率估計(jì)值fg以及一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)N計(jì)算得到準(zhǔn)同步采樣周期λ，以λ為步長(zhǎng)，采用牛頓插值法對(duì)步驟一中原始采樣樣本中的離散序列做時(shí)域準(zhǔn)同步化處理，插值重構(gòu)獲取準(zhǔn)同步采樣序列； 步驟四:對(duì)步驟三中得到的準(zhǔn)同步采樣序列，采用矩形窗截取一個(gè)信號(hào)周期，進(jìn)行FFT頻譜分析，得到信號(hào)的頻域信息，并計(jì)算電力信號(hào)的頻率、幅值以及相位參數(shù)，得到動(dòng)態(tài)信號(hào)相量測(cè)量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟一中濾波器的選取規(guī)則是: 選取三角自卷積窗帶通濾波器，下阻帶邊緣頻率為40Hz，下通帶邊緣頻率為46Hz，上通帶邊緣頻率為54Hz，上阻帶邊緣頻率為60Hz，通帶紋波0.01，阻帶紋波0.1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟二中準(zhǔn)同步算法參數(shù)選取規(guī)則是: 單次迭代點(diǎn)數(shù)D為64,迭代次數(shù)P為5。
【文檔編號(hào)】G01R25/00GK103869162SQ201410078765
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】溫和, 滕召勝, 王康, 孟卓, 黎福海, 郭斯羽, 金冉, 戴慧芳, 沈鳳文, 張海煥, 吳禹, 李峰 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)