一種基于時域準(zhǔn)同步的動態(tài)信號相量測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于時域準(zhǔn)同步的動態(tài)信號相量測量方法，利用時域準(zhǔn)同步采樣算法估計采樣信號的基波頻率，利用基波頻率估計值對采樣信號做時域準(zhǔn)同步化，通過牛頓插值法重構(gòu)準(zhǔn)同步采樣序列，利用FFT對重構(gòu)的準(zhǔn)同步采樣序列進(jìn)行頻域分析，得到動態(tài)信號相量測量結(jié)果。該方法避免了非同步采樣引起的頻譜泄漏對現(xiàn)有相量測量方法測量精度的影響；基于時域準(zhǔn)同步的動態(tài)信號相量測量算法運算復(fù)雜度小于現(xiàn)有的基于離散傅里葉變換的相量測量算法，且基于時域準(zhǔn)同步的動態(tài)信號相量測量算法易于在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)。
【專利說明】一種基于時域準(zhǔn)同步的動態(tài)信號相量測量方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號相量測量領(lǐng)域，具體是一種基于時域準(zhǔn)同步的動態(tài)信號相量測量方法。
【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)量問題層出不窮。如何實時測量和分析電力系統(tǒng)的實際情況，從而提高電能質(zhì)量，已經(jīng)成為近年來電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域中的重點和熱點。
[0003]目前，電力系統(tǒng)中電壓和電流都是隨時間做正弦變化的時變量，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，即信號的幅值、頻率和相角都保持不變，在額定頻率下，相角的瞬時測量值相對與絕對參照時間保持不變。但是在實際應(yīng)用中，信號頻率偏離額定頻率時，相角隨頻率變化，從而引入誤差，難以得到準(zhǔn)確的計算值。
[0004]現(xiàn)有的相量測量算法主要有過零檢測法、離散傅里葉變換(DFT)法等。過零檢測法是比較直觀的一種同步相量測量方法，只需要將被測工頻信號的過零點時刻與某一時間標(biāo)準(zhǔn)相比較即可得出相角差；過零檢測法原理簡單，易于實現(xiàn)，但其精度不高，且易受諧波、噪聲分量的影響。當(dāng)電網(wǎng)中頻率無偏移時，DFT算法可以準(zhǔn)確地測量信號的幅值和相位，且其計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，由于非同步采樣引起的頻譜泄漏，相量測量的精度會迅速下降。
[0005]為此，研究一種高準(zhǔn)確度的動態(tài)信號相量測量方法在保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運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域準(zhǔn)同步的動態(tài)信號相量測量方法，避免了非同步采樣引起的頻譜泄漏對現(xiàn)有相量測量方法測量精度的影響；基于時域準(zhǔn)同步的動態(tài)信號相量測量算法運算復(fù)雜度小于現(xiàn)有的基于離散傅里葉變換的相量測量算法，且基于時域準(zhǔn)同步的動態(tài)信號相量測量算法易于在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的解決方案為:利用時域準(zhǔn)同步采樣算法估計采樣信號的基波頻率，利用基波頻率估計值對采樣信號做時域準(zhǔn)同步化，通過牛頓插值法重構(gòu)準(zhǔn)同步采樣序列，利用FFT對插值重構(gòu)的準(zhǔn)同步采樣序列進(jìn)行頻域分析，得到動態(tài)信號相量測量結(jié)果。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種基于時域準(zhǔn)同步的動態(tài)信號相量測量方法，包括以下步驟:
[0010]步驟一:對電力信號進(jìn)行采樣，在采樣后單獨將采樣信號另存為原始采樣樣本，同時對采樣信號添加濾波器，以濾除諧波和噪聲干擾；
[0011]步驟二:對經(jīng)濾波處理后的采樣信號采用準(zhǔn)同步采樣算法估計基波頻率，得到基波頻率估計值fg;
[0012]步驟三:利用步驟二中得到的頻率估計值fg以及一個信號周期內(nèi)采樣點數(shù)N計算得到準(zhǔn)同步采樣周期λ，以λ為步長，采用牛頓插值法對步驟一中原始采樣樣本中的離散序列做時域準(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:對步驟三中得到的準(zhǔn)同步采樣序列，采用矩形窗截取一個信號周期，進(jìn)行FFT頻譜分析，得到信號的頻域信息，并計算電力信號的頻率、幅值以及相位參數(shù)，得到動態(tài)信號相量測量結(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)計方法是:首先，根據(jù)對阻帶衰減及過渡帶的指標(biāo)要求，選擇三角自卷積窗，并估計窗口長度；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，對脈沖響應(yīng)函數(shù)加三角自卷積窗得到設(shè)計結(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]單次迭代點數(shù)D為64,迭代次數(shù)P為5。
[0018]以下通過理論推導(dǎo)的方式對本發(fā)明達(dá)成的技術(shù)效果進(jìn)行說明。
[0019]時域內(nèi)連續(xù)的諧波信號通?？梢员硎緸槿缦滦问?br> 【權(quán)利要求】
1.一種基于時域準(zhǔn)同步的動態(tài)信號相量測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:對電力信號進(jìn)行采樣，在采樣后單獨將采樣信號另存為原始采樣樣本，同時對采樣信號添加濾波器，以濾除諧波和噪聲干擾，再將經(jīng)濾波處理后的采樣信號進(jìn)行步驟二的處理； 步驟二:對經(jīng)濾波處理后的采樣信號采用準(zhǔn)同步采樣算法估計基波頻率，得到基波頻率估計值fg; 步驟三:利用步驟二中得到的頻率估計值fg以及一個信號周期內(nèi)采樣點數(shù)N計算得到準(zhǔn)同步采樣周期λ，以λ為步長，采用牛頓插值法對步驟一中原始采樣樣本中的離散序列做時域準(zhǔn)同步化處理，插值重構(gòu)獲取準(zhǔn)同步采樣序列； 步驟四:對步驟三中得到的準(zhǔn)同步采樣序列，采用矩形窗截取一個信號周期，進(jìn)行FFT頻譜分析，得到信號的頻域信息，并計算電力信號的頻率、幅值以及相位參數(shù)，得到動態(tài)信號相量測量結(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: 單次迭代點數(shù)D為64,迭代次數(shù)P為5。
【文檔編號】G01R25/00GK103869162SQ201410078765
【公開日】2014年6月18日 申請日期: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 申請人:湖南大學(xué)