CN102116798A - 一种电网频率测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电力领域，提供了一种电网频率测量方法及装置。所述方法包括步骤：等间隔采样输入的信号，获得采样间隔相等的采样信号；对所述采样信号进行滤波处理；根据滤波处理后的采样值确定采样波形的过零点，并存储所述过零点的前、后两个采样点的采样值；根据所述过零点确定相邻两个过零点之间的采样点数，并根据所述采样间隔、采样值以及所述采样点数测量频率值。本发明实施例由于在测量基波频率之前进行了高频滤波处理，因此能够有效消除实际电网运行中谐波的干扰，提高了过零点检测的准确性，进而提高测量基波频率的可靠性和精确性。

Description

一种电网频率测量方法及装置

技术领域

本发明属于电力领域，尤其涉及一种电网频率测量方法及装置。

背景技术

在电能质量分析中经常需要测量电力***的频率及其偏差。

现有的基波频率测量方法中，常采用整周期采样点计数法。该方法首先确定基波的周期，在确定基波周期后，再根据基波周期内采样点之间的时间间隔确定基波的频率。该方法在采样周期较少时，所测量的频率精度很差，而在采样周期较长时，又不能满足实时性的要求。此外，该方法在测量频率时没有滤除高频谐波信号，当谐波干扰严重时，过零点会存在畸变，从而影响整个基波周期的确定，最终导致所测量的频率不准确。

发明内容

本发明实施例提供了一种电网频率测量方法，旨在解决现有的频率测量方法在测量电网频率时精度较差及测量时间过长的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种电网频率测量方法，所述方法包括下述步骤：

等间隔采样输入的信号，获得采样间隔相等的采样信号；

对所述采样信号进行滤波处理；

根据滤波处理后的采样值确定采样波形的过零点，并存储所述过零点的前、后两个采样点的采样值；

根据所述过零点确定相邻两个过零点之间的采样点数，并根据所述采样间隔、采样值以及所述采样点数测量频率值。

本发明实施例的另一目的在于提供一种电网频率测量装置，所述装置包括：

采样电路，用于等间隔采样输入的信号，获得采样间隔相等的采样信号；

采样信号滤波单元，用于对所述采样信号进行滤波处理；

过零点判断单元，用于根据滤波处理后的采样值确定采样波形的过零点，并存储所述过零点的前、后两个采样点的采样值；

频率测量单元，用于根据所述过零点确定相邻两个过零点之间的采样点数，并根据所述采样间隔、采样值以及所述采样点数测量频率值。

本发明实施例中，对输入的信号进行等间隔取样后再进行相应的滤波处理，并根据滤波处理后的采样值确定采样波形的过零点以及存储该过零点的前后两个采样点的采样值，最后再确定相邻两个过零点之间的采样点数，并根据采样间隔、采样值以及采样点数测量基波的频率值。由于在测量基波频率之前进行了高频滤波处理，因此能够有效消除实际电网运行中谐波的干扰，提高了过零点检测的准确性，进而提高测量基波频率的可靠性和精确性，并且，本发明实施例中只需要判断出两个过零点就能够计算出基波频率，在保证频率计算准确

性的前提下，缩短了整个频率测量时间。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的电网频率测量方法流程；

图2是本发明第一实施例提供的滤除高频谐波频率之前的波形图；

图3是本发明第一实施例提供的滤除高频谐波频率之后的波形图；

图4是本发明第一实施例提供的判断过零点所采用的异或门示意图；

图5是本发明第一实施例提供的测量基波频率值所需参数示意图；

图6是本发明第一实施例提供的计算基波频率的流程；

图7是本发明第二实施例提供的电网频率测量装置结构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例对输入的信号进行等间隔取样后再进行相应的滤波处理，并根据滤波处理后的采样值确定采样波形的过零点以及存储该过零点的前后两个采样点的采样值，最后再确定相邻两个过零点之间的采样点数，并根据采样间隔、采样值以及采样点数测量基波的频率值。

本发明实施例提供了一种：电网频率测量方法及装置。

所述方法包括：等间隔采样输入的信号，获得采样间隔相等的采样信号；

对所述采样信号进行滤波处理；

根据滤波处理后的采样值确定采样波形的过零点，并存储所述过零点的前、后两个采样点的采样值；

根据所述过零点确定相邻两个过零点之间的采样点数，并根据所述采样间隔、采样值以及所述采样点数测量频率值。

所述装置包括：采样电路，用于等间隔采样输入的信号，获得采样间隔相

等的采样信号；

采样信号滤波单元，用于对所述采样信号进行滤波处理；

过零点判断单元，用于根据滤波处理后的采样值确定采样波形的过零点，并存储所述过零点的前、后两个采样点的采样值；

频率测量单元，用于根据所述过零点确定相邻两个过零点之间的采样点数，并根据所述采样间隔、采样值以及所述采样点数测量频率值。

本发明实施例中，对输入的信号进行等间隔取样后再进行相应的滤波处理，并根据滤波处理后的采样值确定采样波形的过零点以及存储该过零点的前后两个采样点的采样值，最后再确定相邻两个过零点之间的采样点数，并根据采样间隔、采样值以及采样点数测量基波的频率值。由于在测量基波频率之前进行了高频滤波处理，因此能够有效消除实际电网运行中谐波的干扰，提高了过零点检测的准确性，进而提高测量基波频率的可靠性和精确性，并且，本发明实施例中只需要判断出两个过零点就能够计算出基波频率，在保证频率计算准确性的前提下，缩短了整个频率测量时间。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

图1示出了本发明第一实施例提供的电网频率测量方法流程，其中，本发明实施例主要以测量基波频率为例，详述如下：

在步骤S11中，等间隔采样输入的信号，获得采样信号。

在本发明实施例中，对输入的信号进行等间隔采样，使任意相邻的两个采样点的间隔相等，保证信号的采样频率是固定的。

在步骤S12中，对该采样信号进行滤波处理。

在本发明实施例中，在测量频率之前，需要滤除不需测量的频率所对应的信号。若测量50Hz或者60Hz基波信号的频率，则可使用数字低通滤波器将50Hz或者60Hz之外的谐波信号滤除，这是因为存在于电网中的高频谐波信号会使基波信号的过零点产生严重畸变，最终将影响频率的测量精度，而滤除了高频谐波之后能够消除高频信号对检测过零点的干扰。其中，高频谐波对过零点的影响可由图2和图3看出，图2示出了滤除高频谐波频率之前的波形图，而图3示出了滤除高频谐波频率之后的波形图。

在步骤S13中，根据滤波处理后的采样值确定采样波形的过零点，并存储该过零点的前、后两个采样点的采样值。

在本发明实施例中，在以x轴为横坐标的坐标轴上，将波形图中从下往上的波形与x轴的交点称为正向过零点，而将从上往下的波形与x轴的交点称为负向过零点。

作为本发明的另一个实施例，根据滤波处理后的采样值确定采样波形的过零点的步骤具体为：

判断相邻两个采样值的符号，若该相邻两个采样值的符号不同，则在这两个采样值之间存在采样波形的过零点；若该相邻两个采样值的符号相同，则在这两个采样值之间不存在采样波形的过零点。其中，在相邻两个采样值之间存在采样波形的过零点时，若第一个采样值的符号为正号，且第二个采样值为负号，则该过零点为负向过零点；若第一个采样值的符号为负号，且第二个采样值为正号，则该过零点为正向过零点。其中，比较相邻两个采样点的采样值可使用图4所示的异或门实现。寄存器中采样点幅值的符号位与输入的采样点幅值的符号位作为异或门的输入，如果符号位相同，异或门41输出为0，如果符号位不同，异或门41输出为1。

在本发明实施例中，在确定采样波形的过零点之后，存储该过零点的前一个和后一个采样点的采样值。

在步骤S14中，根据过零点确定相邻两个过零点之间的采样点数，并根据该采样间隔、存储的采样值以及采样点数确定频率值。

在本发明实施例中，确定了采样波形的第一个过零点之后，统计该过零点至下一个过零点之间存在的采样点数，最后测量基波的频率。

参见图5，该图5示出了计算该基波频率值可能使用到的参数，采用图5的参数计算基波频率的公式为：

(1)若计算第一个过零点为负向过零点，与该第一个过零点相邻的第二个过零点为正向过零点的频率值，则使用公式

计算，其中，f₁为频率值，N为该负向过零点与正向过零点之间的采样点数，t_s为相邻两个采样点之间的采样间隔，所述Δt₁为第一个过零点与所述第一个过零点的后一个采样点之间的间隔，所述Δt₂为第二个过零点与所述第二个过零点的前一个采样点之间的间隔。Δt₁与Δt₂可根据线性插值法用过零点前后两个采样点的采样值计算得到，假设负向过零点前一个采样点的采样值为y₁，后一个采样点的采样值为y₂，则

假设正向过零点前一个采样点的采样值为y₃，后一个采样点的采样值为y₄，则其中，使用公式

计算基波频率的具体流程请参阅图6。

(2)若计算第一个过零点为正向过零点，与该第一个过零点相邻的第二个过零点为负向过零点的频率值，则使用公式计算，其中，f₂为频率值，M为该正向过零点与负向过零点之间的采样点数，t_s为相邻两个采样点的间隔，所述Δt₃为第一个过零点与所述第一个过零点的前一个采样点之间的间隔，所述Δt₄为第二个过零点与所述第二个过零点的前一个采样点之间的间隔。参见图5，本公式中的Δt₃相当于图5中的Δt₂，该Δt₃的计算公式与上述(1)中计算Δt₂的相同，此处不再赘述。而Δt₄可根据线性插值法用过零点前后两个采样点的采样值计算得到，假设负向过零点前一个采样点的采样值为y₅，后一个采样点的采样值为y₆，则

在本发明第一实施例中，对输入的信号进行等间隔取样后再进行相应的滤波处理，并根据滤波处理后的采样值确定采样波形的过零点以及存储该过零点的前后两个采样点的采样值，最后再确定相邻两个过零点之间的采样点数，并根据采样间隔、采样值以及采样点数测量基波的频率值。由于在测量基波频率之前进行了高频滤波处理，因此能够有效消除实际电网运行中谐波的干扰，提高了过零点检测的准确性，进而提高测量基波频率的可靠性和精确性，并且，本发明实施例中只需要判断出两个过零点就能够计算出基波频率，在保证频率计算准确性的前提下，缩短了整个频率测量时间。

实施例二：

图7示出了本发明第二实施例提供的电网频率测量装置结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

该电网频率测量装置可以是运行于终端内的软件单元、硬件单元或者软硬件相结合的单元，也可以作为独立的挂件集成到这些终端中或者运行于这些终端的应用***中，其中：

采样电路71，用于等间隔采样输入的信号，获得采样间隔相等的采样信号。

在本发明实施例中，等间隔采样输入的信号，使任意相邻的两个采样点的间隔相等，保证信号的采样频率是固定的。

采样信号滤波单元72，用于对该采样信号进行滤波处理。

在本发明实施例中，若测量50Hz或者60Hz基波信号的频率，则可使用数字低通滤波器滤除50Hz或者60Hz之外的谐波信号，这是因为存在于电网中的高频谐波信号会使基波信号的过零点产生严重畸变，最终将影响频率的测量精度，而滤除了高频谐波之后能够消除高频信号对检测过零点的干扰。

过零点判断单元73，用于根据滤波处理后的采样值确定采样波形的过零点，并存储该过零点的前、后两个采样点的采样值。

作为本发明的另一个实施例，该过零点判断单元73包括：采样值符号判断模块731、过零点存在确定模块732以及过零点不存在确定模块733

采样值符号判断模块731，用于判断相邻两个采样值的符号。

过零点存在确定模块732，用于在该相邻两个采样值的符号不同时，确定该两个采样值之间存在采样波形的过零点。

过零点不存在确定模块733，用于在该相邻两个采样值的符号相同时，确定该两个采样值之间不存在采样波形的过零点。

在本发明实施例中，若相邻两个采样值之间存在采样波形的过零点，且第一个采样值的符号为正号，且第二个采样值为负号，则该过零点为负向过零点；若相邻两个采样值之间存在采样波形的过零点，且第一个采样值的符号为负号，且第二个采样值为正号，则该过零点为正向过零点。

频率测量单元74，用于根据该过零点确定相邻两个过零点之间的采样点数，并根据该采样间隔、采样值以及该采样点数测量频率值。

在本发明实施例中，确定了采样波形的第一个过零点之后，统计该过零点至下一个过零点之间存在的采样点数，并根据该采样点数以及获得的参数测量基波频率。

作为本发明的另一个实施例，该频率测量单元74包括第一频率测量模块741和第二频率测量模块742，

该第一频率测量模块741，用于在第一个过零点的前一个采样点的采样值符号为正时，使用公式确定基波频率值，该N为该第一个过零点至与其相邻的第二个过零点之间的采样点数，该t_s为相邻两个采样点之间的采样间隔，该Δt₁为第一个过零点与该第一个过零点的后一个采样点之间的间隔，该Δt₂为第二个过零点与该第二个过零点的前一个采样点之间的间隔。其中，

具体参数如图5所示。

该第二频率测量模块742，用于在第一个过零点的前一个采样点的采样值符号为负时，使用公式确定基波频率值，该M为该第一个过零点至与其相邻的第二个过零点之间的采样点数，该t_s为相邻两个采样点之间的采样间隔，该Δt₃为第一个过零点与该第一个过零点的前一个采样点之间的间隔，该Δt₄为第二个过零点与该第二个过零点的前一个采样点之间的间隔。如图5所示，本公式中的Δt₃相当于图5中的Δt₂，该Δt₃的计算公式与上述(1)中计算Δt₂的相同，此处不再赘述。而Δt₄可根据线性插值法用过零点前后两个采样点的采样值计算得到，假设负向过零点前一个采样点的采样值为y₅，后一个采样点的采样值为y₆，则

在本发明第二实施例中，采样电路71对输入的信号进行等间隔取样后再使用采样信号滤波单元72进行相应的滤波处理，过零点判断单元73根据滤波处理后的采样值确定采样波形的过零点以及存储该过零点的前后两个采样点的采样值，最后频率测量单元74再确定相邻两个过零点之间的采样点数，并根据采样间隔、采样值以及采样点数测量基波的频率值。由于在测量基波频率之前进行了高频滤波处理，因此能够有效消除实际电网运行中谐波的干扰，提高了过零点检测的准确性，进而提高测量基波频率的可靠性和精确性，并且，本发明实施例中只需要判断出两个过零点就能够计算出基波频率，在保证频率计算准确性的前提下，缩短了整个频率测量时间。

本发明实施例中，对输入的信号进行等间隔取样后再进行相应的滤波处理，并根据滤波处理后的采样值确定采样波形的过零点以及存储该过零点的前后两个采样点的采样值，最后再确定相邻两个过零点之间的采样点数，并根据采样间隔、采样值以及采样点数测量基波的频率值。由于在测量基波频率之前进行了高频滤波处理，因此能够有效消除实际电网运行中谐波的干扰，提高了过零点检测的准确性，进而提高测量基波频率的可靠性和精确性，并且，本发明实施例中只需要判断出两个过零点就能够计算出基波频率，在保证频率计算准确性的前提下，缩短了整个频率测量时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电网频率测量方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

等间隔采样输入的信号，获得采样间隔相等的采样信号；

对所述采样信号进行滤波处理；

根据滤波处理后的采样值确定采样波形的过零点，并存储所述过零点的前、后两个采样点的采样值；

根据所述过零点确定相邻两个过零点之间的采样点数，并根据所述采样间隔、采样值以及所述采样点数测量频率值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述采样信号进行滤波处理的步骤具体为：

使用数字低通滤波器对采样信号进行低通滤波处理，滤除所述采样信号的高频信号。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据滤波处理后的采样值确定采样波形的过零点的步骤具体为：

判断相邻两个采样值的符号；

在所述相邻两个采样值的符号不同时，确定所述两个采样值之间存在采样波形的过零点；

在所述相邻两个采样值的符号相同时，确定所述两个采样值之间不存在采样波形的过零点。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述过零点确定相邻两个过零点之间的采样点数，并根据所述采样间隔、采样值以及所述采样点数测量频率值的步骤具体为：

在第一个过零点的前一个采样点的采样值符号为正时，使用公式确定基波频率值，所述N为所述第一个过零点至与其相邻的第二个过零点之间的采样点数，所述t_s为相邻两个采样点之间的采样间隔，所述Δt₁为第一个过零点与所述第一个过零点的后一个采样点之间的间隔，所述Δt₂为第二个过零点与所述第二个过零点的前一个采样点之间的间隔；

在第一个过零点的前一个采样点的采样值符号为负时，使用公式

确定基波频率值，所述M为所述第一个过零点至与其相邻的第二个过零点之间的采样点数，所述t_s为相邻两个采样点之间的采样间隔，所述Δt₃为第一个过零点与所述第一个过零点的前一个采样点之间的间隔，所述Δt₄为第二个过零点与所述第二个过零点的前一个采样点之间的间隔。

5.一种电网频率测量装置，其特征在于，所述装置包括：

采样电路，用于等间隔采样输入的信号，获得采样间隔相等的采样信号；

采样信号滤波单元，用于对所述采样信号进行滤波处理；

过零点判断单元，用于根据滤波处理后的采样值确定采样波形的过零点，并存储所述过零点的前、后两个采样点的采样值；

频率测量单元，用于根据所述过零点确定相邻两个过零点之间的采样点数，并根据所述采样间隔、采样值以及所述采样点数测量频率值。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述采样信号滤波单元使用数字低通滤波器对采样信号进行低通滤波处理，滤除所述采样信号的高频信号。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述过零点判断单元包括：

采样值符号判断模块，用于判断相邻两个采样值的符号；

过零点存在确定模块，用于在所述相邻两个采样值的符号不同时，确定所述两个采样值之间存在采样波形的过零点；

过零点不存在确定模块，用于在所述相邻两个采样值的符号相同时，确定所述两个采样值之间不存在采样波形的过零点。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述频率测量单元包括第一频率测量模块和第二频率测量模块，

所述第一频率测量模块，用于在第一个过零点的前一个采样点的采样值符号为正时，使用公式

确定基波频率值，所述N为所述第一个过零点至与其相邻的第二个过零点之间的采样点数，所述t_s为相邻两个采样点之间的采样间隔，所述Δt₁为第一个过零点与所述第一个过零点的后一个采样点之间的间隔，所述Δt₂为第二个过零点与所述第二个过零点的前一个采样点之间的间隔；

所述第二频率测量模块，用于在第一个过零点的前一个采样点的采样值符号为负时，使用公式

确定基波频率值，所述M为所述第一个过零点至与其相邻的第二个过零点之间的采样点数，所述t_s为相邻两个采样点之间的采样间隔，所述Δt₃为第一个过零点与所述第一个过零点的前一个采样点之间的间隔，所述Δt₄为第二个过零点与所述第二个过零点的前一个采样点之间的间隔。

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