CN103547328A - 谐波检测方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种谐波检测方法及相关装置。其中，一种谐波检测方法包括：从电力线路中采样电信号以得到N点的电信号序列；将N点的电信号序列进行N点的实数快速傅立叶变换RFFT运算得到第一复数序列；对第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列；对第二复数序列进行虚实结合处理以得到第三复数序列；对第三复数序列进行RFFT运算得到第四复数序列；将第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列。本发明实施例的方案有利于在谐波检测时能兼顾存储空间和计算时间。

Description

谐波检测方法及相关装置

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及谐波检测方法及相关装置。

背景技术

目前，在电力***中广泛应用各种电力电子装置和非线性负载，使得产生了大量谐波。谐波不仅会对电力***本身的安全运行构成威胁，还可能给周围的电气环境带来极大的影响和危害。

有源电力滤波器（APF，Active Power Filter）是一种用于动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置。静止无功发生器（SVG，Static Var Generator）是柔***流输电***（FACTS，Flexible AC Transmission System）中的主要装置之一。APF能够对大小和频率都变化的谐波及变化的无功进行补偿，APF对谐波信号的检测是保证其补偿性能的关键。SVG既能动态补偿无功，也能够补偿谐波，SVG代表着电力***无功补偿技术新的发展方向，同样谐波信号的检测是保证SVG谐波补偿性能的关键。

电力***中的谐波信号通常是指电流谐波和电压谐波。其中，当APF/SVG采用并联方式部署时，通常检测并治理电流谐波；当APF/SVG采用串联方式部署时，通常检测并治理电压谐波。现有谐波检测技术难以兼顾存储空间和计算时间等。

发明内容

本发明实施例提供一种谐波检测方法及相关装置，以期谐波检测能兼顾存储空间和计算时间。

本发明实施例一方面提供一种谐波检测方法，包括：从电力线路中采样电信号以得到N点的电信号序列；将所述N点的电信号序列进行N点的实数快速傅立叶变换RFFT运算得到第一复数序列；对所述第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列；对所述第二复数序列进行虚实结合处理以得到第三复数序列；对所述第三复数序列进行实数快速傅立叶变换RFFT运算得到第四复数序列；以及将所述第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列。

可选的，所述从电力线路中采样电信号以得到N点的电信号序列的步骤包括：在一个信号基波周期内，从电力线路中等间隔的采样电信号以得到N点的电信号序列。

可选的，所述对所述第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列的步骤包括：去除所述第一复数序列中的基波分量以得到所述第二复数序列；

或者，

令所述第一复数序列中的谐波分量为零以得到第五复数序列，而后再用所述第一复数序列减去所述第五复数序列以得到所述第二复数序列。

可选的，所述对所述第二复数序列进行虚实结合处理的步骤包括：在包括多个第二复数的所述第二复数序列中，除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第二复数，通过虚实结合的处理方式生成与所述每一个第二复数对应的第三复数，其中，所述第三复数的实部等于对应第二复数的虚部系数和实部之和，所述第三复数的虚部系数等于对应第二复数的实部与虚部系数之差。

可选的，所述将所述第四复数序列进行虚实结合处理的步骤包括：在包括多个第四复数的所述第四复数序列中，除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第四复数，通过虚实结合的处理方式生成与所述每一个第四复数对应的第六复数，其中，所述第六复数的实部等于对应第四复数的虚部系数和实部之和，所述第六复数的虚部系数等于对应第四复数的实部与虚部系数之差。

可选的，所述将所述N点的电信号序列进行N点的实数快速傅立叶变换RFFT运算得到第一复数序列的步骤包括：将所述N点的电信号序列除以所述N之后，再进行N点的RFFT运算得到第一复数序列；

或者，

所述对所述第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列的步骤包括：在对所述第一复数序列除以所述N之后再进行谐波提取处理得到第二复数序列；

或者，

所述对所述第二复数序列进行虚实结合处理以得到第三复数序列的步骤包括：在对所述第二复数序列除以所述N之后，再进行虚实结合处理以得到第三复数序列；

或者，所述对所述第三复数序列进行RFFT运算得到第四复数序列的步骤包括：在对所述第三复数序列除以所述N之后再进行RFFT运算得到第四复数序列；

或者，

所述将所述第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列的步骤包括：在将所述第四复数序列除以所述N之后，再进行虚实结合处理以得到N点谐波序列；

或者，

所述谐波检测方法还包括：将得到的所述N点谐波序列除以所述N。

本发明实施例另一方面还提供一种谐波检测装置，可包括：采样单元，用于从电力线路中采样电信号以得到N点的电信号序列；第一RFFT运算单元，用于将所述采样单元得到的N点的电信号序列进行N点的实数快速傅立叶变换RFFT运算得到第一复数序列；谐波提取单元，用于对所述第一RFFT运算单元得到的第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列；虚实结合处理单元，用于对所述谐波提取单元得到的第二复数序列进行虚实结合处理以得到第三复数序列；第二RFFT运算单元，用于对所述虚实结合处理单元得到的第三复数序列进行RFFT运算得到第四复数序列；以及所述虚实结合处理单元还用于，将所述第二RFFT运算单元得到的第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列。

可选的，所述虚实结合处理单元具体用于，在所述谐波提取单元得到的包括多个第二复数的所述第二复数序列中，除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第二复数，通过虚实结合的处理方式生成与所述每一个第二复数对应的第三复数，其中，所述第三复数的实部等于对应第二复数的虚部系数和实部之和，所述第三复数的虚部系数等于对应第二复数的实部与虚部系数之差，以得到包括多个第三复数的第三复数序列。

可选的，所述虚实结合处理单元还具体用于，在所述第二RFFT运算单元得到的包括多个第四复数的第四复数序列中，除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第四复数，通过虚实结合的处理方式生成与所述每一个第四复数对应的第六复数，其中，所述第六复数的实部等于对应第四复数的虚部系数和实部之和，所述第六复数的虚部系数等于对应第四复数的实部与虚部系数之差，以得到包括多个第六复数的N点谐波序列。

可选的，所述第一RFFT运算单元具体用于，将所述采样单元得到的N点的电信号序列除以所述N之后，再进行N点的RFFT运算得到第一复数序列；

或者，

所述谐波提取单元具体用于，对所述第一RFFT运算单元进行RFFT运算得到的所述第一复数序列除以所述N之后，再进行谐波提取处理得到第二复数序列；

或者，

所述虚实结合处理单元具体用于，对所述谐波提取单元得到的所述第二复数序列除以所述N之后，再进行虚实结合处理以得到第三复数序列；

或者，

所述第二RFFT运算单元具体用于，对所述虚实结合处理单元得到的第三复数序列除以所述N之后，再进行RFFT运算得到第四复数序列；

或者，

所述虚实结合处理单元还用于，将所述第二RFFT运算单元得到的所述第四复数序列除以所述N之后，再进行虚实结合处理以得到N点谐波序列；

或者，

所述虚实结合处理单元还用于，将所述第二RFFT运算单元得到的所述第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列，将所述N点谐波序列除以所述N之后输出。

本发明实施例又一方面还提供一种谐波消除设备，包括：

谐波检测装置，用于从电力线路中采样电信号以得到N点的电信号序列；将所述N点的电信号序列进行N点的实数快速傅立叶变换RFFT运算得到第一复数序列；对所述第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列；对所述第二复数序列进行虚实结合处理以得到第三复数序列；对所述第三复数序列进行RFFT运算得到第四复数序列；以及将所述第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列并输出；

电信号反馈装置，用于基于所述谐波检测装置输出的所述N点谐波序列生成补偿电信号，将生成的所述补偿电信号反馈至所述电力线路以消除所述电力线路中产生的谐波。

本发明实施例另一方面还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有程序，所述程序执行时包括如上述方法实施例的部分或全部步骤。

由上可见，本发明实施例提供的技术方案中，从电力线路中采样电信号以得到N点的电信号序列进行N点的RFFT运算得到第一复数序列；对第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列；对第二复数序列进行虚实结合处理以得到第三复数序列；对第三复数序列进行RFFT运算得到第四复数序列；将第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列。本技术方案无需在RFFT前后进行共轭操作，也无需数据提取操作，而只需进行两次虚实结合处理操作，即进行简单的加减操作，所以相对于现有技术而言，较为节省计算时间，且由于可以充分利用RFFT代码进行运算，所以也可节省代码空间。

进一步的，不需增加额外存储空间，可以实现代码空间、存储单元数量和计算时间综合优化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种谐波检测方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的计算数据的存储示意图；

图3是本发明实施例提供的一种谐波检测装置的示意图；

图4是本发明实施例提供的一种谐波消除设备的示意图；

图5a是本发明实施例提供的一种将谐波消除设备应用到电网中的架构示意图；

图5b是本发明实施例提供的又一种将谐波消除设备应用到电网中的架构示意图；

图5c是本发明实施例提供的另一种将谐波消除设备应用到电网中的架构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种谐波检测方法及相关装置，以期谐波检测能兼顾存储空间和计算时间。

下面通过具体实施例，分别进行详细的说明。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明的谐波信号检测范围包括对谐波电压和/或谐波电流的检测。

谐波信号检测方法主要有：模拟带通滤波器检测法、基于瞬时无功功率理论的检测法、快速傅立叶变换（FFT，Fast Fourier Transformation）检测法等等。基于模拟融通滤波器的检测法只能检测固定频率范围内的谐波，无法对变化的谐波进行实时补偿，且容易引起谐振；快速傅立叶变换法和基于瞬时无功功率理论的检测方法能检测宽广频域范围内的谐波，因此，在电力***中应用广泛。基于瞬时无功的检测方法在无功与谐波整体补偿和快速响应方面具有独到的优势，而FFT检测方法在进行信号频谱详细分析和数据显示方面，则是前者无法替代的，尤其在谐波含量分析和对个别频谱进行单独补偿方面优势明显。考虑到FFT和IFFT的对偶性，对那些已经用到FFT检测方法进行谐波含量分析并显示的装置中（如部分APF和SVG），能直接调用现有代码进行逆变换得到谐波指令，使得FFT在这些场合的应用更有优势。基于FFT的谐波提取方法的诟病在于计算比较复杂、实时性较差、计算时占用内存较多。

当APF/SVG中需要对一个或同时对几个特定次谐波进行补偿时，FFT计算必不可少，基于FFT逆变换原理的谐波信号提取因为占用内存较多、程序运算时间较长，在大规模实时处理中应用受阻。

一些基于FFT的改进型谐波检测方法分析如下：

（1）采用FFT计算得到谐波序列，虽然正反变换可共用同一FFT程序段，代价是降低了正变换效率，增加了1倍存储空间，对逆变换方法，还需要额外的共轭（或排序）操作和数据提取操作。

（2）采用实数和复数FFT结合计算得到谐波序列，正变换运算时间和存储空间可得到最优，虽然较前一种方法提高了正变换的效率，但这类方法牺牲了代码共用，增加了程序的复杂性。

（3）采用实数快速傅立叶变换（RFFT，Real number FFT）计算得到谐波序列，这种方法虽能够代码复用，但额外增加1倍存储空间，需要两次实虚分离操作，运算量也大大增加，影响了处理器的运算速度。可见上述几种方法各有优缺点，没有一种能兼顾代码复用、存储空间和计算时间的综合性能。

本发明谐波检测方法的一个实施例，可包括：从电力线路中采样电信号以得到N点的电信号序列；将该N点的电信号序列进行N点的实数快速傅立叶变换RFFT运算得到第一复数序列；对第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列；对第二复数序列进行虚实结合处理以得到第三复数序列；对第三复数序列进行RFFT运算得到第四复数序列；将第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列。

请参见图1，图1所示为本发明实施例提供的一种谐波检测方法，可包括以下内容：

步骤101、从电力线路中采样电信号以得到N点的电信号序列。

在本发明一些实施例中，可在一个信号基波周期内，从电力线路中等间隔或不等间隔的采样电信号以得到N点的电信号序列。举例来说，例如可从三相电力线路中，抽取一个信号基波周期内等间隔或不等间隔的三相电流信号（或三相电压信号），以得到每相电流对应的N点电流信号序列（或N点电压信号序列）。

步骤102、将N点的电信号序列进行N点的RFFT运算得到第一复数序列。

其中，第一复数序列包括多个第一复数。

请参见图2，图2所示为本发明实施例提供的计算数据的存储示意图。如图2所示，N点的电信号序列表示为R₀～R_N-1，假设用N个存储单元存储N点的电信号序列（R₀～R_N-1），将N点的电信号序列（R₀～R_N-1）进行N点的RFFT运算得到第一复数序列，将第一复数序列中直流分量和奈奎斯特频率点对应的数据（如R₀和R_N/2）存储在2个存储单元，还可将第一复数序列中剩余的N-2个复数中的其中（N-2）/2个复数（R₁～R_N/2-1）的实部存储在（N-2）/2个存储单元，并将该（N-2）/2个复数的虚部系数存储在（N-2）/2个存储单元，因为在第一复数序列中除直流分量和奈奎斯特频率点对应的数据（如R₀和R_N/2）之外的两部分复数（R₁～R_N/2-1）和（R_N/2+1～R_N-1）的实部和虚部系数具有共轭对称性，因此利用存储的复数（R₁～R_N/2-1）即可恢复出第一复数序列未存储的复数，这样可较大省存储空间，当然，也可存储第一复数序列中的（R_N/2+1～R_N-1）部分，不存储第一复数序列中的（R₁～R_N/2-1），而据（R_N/2+1～R_N-1）亦可恢复出（R₁～R_N/2-1）部分。可以理解，其它复数序列中具有共轭对称性的复数亦可按照这种方式进行存储。

请继续参见图1，步骤103、对第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列。

在本发明一些实施例中，对第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列的步骤可包括：去除第一复数序列中的基波分量以得到第二复数序列（当然，也还可去除不需要次数的谐波分量，即，可以只提取一个或几个所设定次数的谐波分量），举例来说，例如可令第一复数序列中的基波分量为零以得到第二复数序列；或者，也可令第一复数序列中的谐波分量为零以得到第五复数序列，而后再用第一复数序列减去第五复数序列以得到第二复数序列。

其中，第二复数序列包括多个第二复数。

步骤104、对第二复数序列进行虚实结合处理以得到第三复数序列。

在本发明的一些实施例中，例如在包括多个第二复数的第二复数序列中，除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第二复数，通过虚实结合的处理方式生成与所述每一个第二复数对应的第三复数，而且，所述第三复数的实部等于与其对应第二复数的虚部系数和实部之和，所述第三复数的虚部系数等于与其对应第二复数的实部与虚部系数之差，这样一来，将第二复数序列中除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第二复数做如上所述的虚实结合处理就可得到N点的第三复数序列，即第三复数序列包括多个第三复数，其中，该N点的第三复数序列中包括第二复数序列中的直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据，还包括针对第二复数序列中，除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第二复数，通过虚实结合的处理方式生成的与所述每一个第二复数对应的第三复数。

步骤105、对第三复数序列进行RFFT运算得到第四复数序列。

其中，第四复数序列包括多个第四复数。

步骤106、将第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列。

在本发明的一些实施例中，例如，在包括多个第四复数的第四复数序列中，除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据外的每一第四个复数，通过虚实结合的处理方式生成与所述每一个第四复数对应的第六复数，所述第六复数的实部等于与其对应第四复数的虚部系数和实部之和，所述第六复数的虚部系数等于与其对应第四复数的实部与虚部系数之差，这样一来，将第四复数序列中的每一个复数做如上所述的虚实结合处理就可得到包含多个第六复数的N点谐波序列，其中，该N点谐波序列包括上述第四复数序列中直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据，还包括针对上述第四复数序列中，除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第四复数，通过虚实结合的处理方式生成的与所述每一个第四复数对应的第六复数。

其中，两次实虚结合处理的方式相同，可实现代码复用，进而有利于节省代码存储空间。本实施例方案无需进行共轭操作，而只需对数据进行简单的加减操作，就可在较少运算量和不增加额外存储单元的前提下，实现复用RFFT代码完成谐波计算，且输出结果也可不需要数据提取排序等操作，完全可对应最初的实数序列，有利于节省计算时间，也不会增加额外的代码空间和存储空间。如需计算谐波幅值、相位、总谐波失真（THD，total harmonicdistortion)等场合，还能够充分复用代码减少程序存储空间。

需要说明的是，本发明实施例中的N，指的是傅里叶逆变换的点数，即输出的谐波序列长度。

此外，为了得到真实的幅值，还可以对幅值进行还原，即经过一个“除以N”的运算（在本发明实施例中可称为1/N操作）。

举例来说，在本发明的一实施例中，步骤102中的将N点的电信号序列进行N点的RFFT运算得到第一复数序列可包括以下具体步骤：在将N点的电信号序列除以N之后，再进行N点的RFFT运算得到第一复数序列。

或者，在本发明的另一实施例中，步骤103中的对第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列可包括以下具体步骤：在对第一复数序列除以N之后再进行谐波提取处理得到第二复数序列。

或者，在本发明的另一实施例中，步骤104中的对第二复数序列进行虚实结合处理以得到第三复数序列可包括以下具体步骤：在对第二复数序列除以N之后，再进行虚实结合处理以得到第三复数序列。

或者，在本发明的另一实施例中，步骤105中的对第三复数序列进行RFFT运算得到第四复数序列可包括以下具体步骤：在对第三复数序列除以N之后再进行RFFT运算得到第四复数序列。

或者，在本发明的另一实施例中，步骤106中的将对得到第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列包括以下具体步骤：在对第四复数序列除以N之后，再进行虚实结合处理以得到N点谐波序列。

或者，在本发明的另一实施例中，也可将得到的N点谐波序列除以N之后再输出。

为了便于更好的理解本发明实施例，以下将对本发明实施例所提供的方法的依据作一定分析。

对于RFFT来说，采样的电信号序列可表示为：

x(n)＝x_R(n),0≤n≤N-1；

由于采样电信号序列的虚部为0，所以根据DFT定义和性质可以得出：

$\mathrm{DFT}:X_R\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}[x_R\left(n\right)\cos \frac{2\mathrm{\πkn}}{N}+x_I\left(n\right)\sin \frac{2\mathrm{\πkn}}{N}]=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_R\left(n\right)\cos \frac{2\mathrm{\πkn}}{N}$

$X_I\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}[x_R\left(n\right)\sin \frac{2\mathrm{\πkn}}{N}-x_I\left(n\right)\cos \frac{2\mathrm{\πkn}}{N}]=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_R\left(n\right)\sin \frac{2\mathrm{\πkn}}{N};$

即，RFFT之后，实部为余弦分量，是实偶序列，虚部为正弦分量，是实奇序列。

对于傅立叶逆变换来说，输入序列是：

X(k)＝X_R(k)+jX_I(k),0≤k≤N-1；

其逆变换结果为x(n)，根据傅里叶逆变换的性质可得：

x(n)＝IFFT(X(k))

＝IFFT(X_R(k)+jX_I(k))

＝IFFT(X_R(k))+j*IFFT(X_I(k))

＝conj(FFT(X_R(k)))+j*conj(FFT(X_I(k)))

＝FFT(X_R(k))+j*(-1)*(FFT(X_I(k))

即可得到：x(n)＝FFT(X_R(k))-j*(FFT(X_I(k))，

其中，0≤k≤N-1；

需要说明的是，上式中省略了1/N操作，考虑到1/N只影响最终幅值，所以在此处不进行分析，可以理解的是，若需得到真实的幅值，可对结果进行1/N操作。

由x(n)＝FFT(X_R(k))-j*(FFT(X_I(k))可以看出，该结果中仍含有两个FFT变换，且每个变换需要N个数据，因此，还需要对该式x(n)＝FFT(X_R(k))-j*(FFT(X_I(k))作进行进一步分析，如下：

令S(K)＝X_R(k)+X_I(k)，然后在S(K)＝X_R(k)+X_I(k)的两边求FFT，得到：

S(K)＝X_R(k)+X_I(k)；

其中，FFT（X_R（k））是纯实数，而FFT（X_I（k））是纯虚数。

因此，可以得到：

s＝FFT(X_R(k))+FFT(X_I(k))=s_R+j*s_I，其中，0≤k≤N-1；

其中，s＝FFT(X_R(k))+FFT(X_I(k))=s_R+j*s_I。

所以，公式x(n)＝FFT(X_R(k))-j*(FFT(X_I(k))可以化简为：

x(n)＝s_R+s_I，其中，0≤k≤N-1；

由公式x(n)＝s_R+s_I可知，只需要构建S（K）并对其进行FFT，就能通过公式x(n)＝s_R+s_I还原最初的实数序列x(n)。实际上对于存储单元数量一致的情况下，需要构建S（K）和公式x(n)＝s_R+s_I是完全相同的表达式，所以可以共用一个程序段。

从图2可以看出，典型的N点实数序列经过RFFT变换后，可以利用其共轭对称性只存储了一半的数据（即频谱值），所以如果要计算N个点，还需要还原另一半的数据，因为另一半数据与保存的数据共轭对称，因此S（K）的构建方式可分解为：

显然，x（n）同样可以采用上述方法来实现，在此不再赘述。

由上可知，本实施例将从电力线路中采样电信号以得到N点的电信号序列进行N点的RFFT运算得到第一复数序列；对第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列；对第二复数序列进行虚实结合处理以得到第三复数序列；对第三复数序列进行RFFT运算得到第四复数序列；将第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列，本方案无需在RFFT前后进行共轭操作，也无需数据提取操作，而只需进行两次虚实结合操作，即进行简单的加减操作，所以相对于现有技术而言，较为节省计算时间，且由于可以充分利用RFFT代码进行运算，所以也可节省代码空间。进一步的，不需增加额外存储空间，可以实现代码空间、存储单元数量和计算时间综合优化。

为便于更好的理解和实施本发明实施例上述方案，下面还提供用于实施上述方案的相关装置。

请参见图3，本发明实施例还提供一种谐波检测装置300，可包括：采样单元301、第一RFFT运算单元302、谐波提取单元303、虚实结合处理单元304和第二RFFT运算单元305。

其中，采样单元301，用于从电力线路中采样电信号以得到N点的电信号序列。

在本发明一些实施例中，采样单元301可在一个信号基波周期内，从电力线路中等间隔或不等间隔的采样电信号以得到N点的电信号序列。例如采样单元301可从三相电力线路中，抽取一个信号基波周期内等间隔或不等间隔的三相电流信号（或三相电压信号），以得到每相电流的N点电流信号序列（或N点电压信号序列）。

第一RFFT运算单元302，用于将采样单元301得到的N点的电信号序列进行N点的实数快速傅立叶变换RFFT运算得到第一复数序列。其中，第一复数序列包括多个第一复数。

谐波提取单元303，用于对第一RFFT运算单元302得到的第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列。其中，第二复数序列包括多个第二复数。

虚实结合处理单元304，用于对谐波提取单元303得到的第二复数序列进行虚实结合处理以得到第三复数序列。其中，第三复数序列包括多个第三复数。

第二RFFT运算单元305，用于对虚实结合处理单元304得到的第三复数序列进行RFFT运算得到第四复数序列。其中，第四复数序列包括多个第四复数。

虚实结合处理单元303还用于将第二RFFT运算单元305得到的第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列。

在本发明一些实施例中，虚实结合处理单元304可具体用于，在谐波提取单元303得到的包括多个第二复数的第二复数序列中，除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第二复数，通过虚实结合的处理方式生成与所述每一个第二复数对应的第三复数，而且，所述第三复数的实部等于与其对应的第二复数的虚部系数和实部之和，所述第三复数的虚部系数等于与其对应第二复数的实部与虚部系数之差，通过将每一个第二复数进行虚实结合的处理以得到第三复数序列。

在本发明一些实施例中，虚实结合处理单元304还具体用于，针对第二RFFT运算单元305得到的包括多个第四复数的第四复数序列中，除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第四复数，通过虚实结合的处理方式生成与所述每一个第四复数对应的第六复数，而且，所述第六复数的实部等于与其对应第四复数的虚部系数和实部之和，所述第六复数的虚部系数等于与其对应第四复复数的实部与虚部系数之差，通过将每一个第四复数进行虚实结合的处理以得到包括多个第六复数的N点谐波序列。

可以理解，虚实结合处理单元304得到的第三复数序列中包括第二复数序列中的直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据，还包括针对第二复数序列中除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第二复数，通过虚实结合的处理方式生成的与所述每一个第二复数对应的第三复数。虚实结合处理单元304得到的N点谐波序列中包括上述第四复数序列中的直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据，还包括针对上述第四复数序列中除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第四复数，通过虚实结合的处理方式生成的与所述每一个第四复数对应的第六复数。

需要说明的是，本发明实施例中的N，指的是傅里叶逆变换的点数，即输出的谐波序列长度。

此外，为了得到真实的幅值，还可以对幅值进行还原，即经过一个“除以N”的运算（在本发明实施例中可称为1/N操作）。

在本发明的一些实施例中，谐波提取单元303具体用于，去除第一复数序列中的基波分量以得到第二复数序列。

在本发明的一些实施例中，第一RFFT运算单元302可具体用于，将采样单元301得到的N点的电信号序列除以N之后，再进行N点的RFFT运算得到第一复数序列。

或者，

谐波提取单元303可具体用于，对第一RFFT运算单元302进行RFFT运算得到的第一复数序列除以N之后，再进行谐波提取处理得到第二复数序列。

或者，

虚实结合处理单元304具体用于，对谐波提取单元303得到的第二复数序列除以N之后，再进行虚实结合处理以得到第三复数序列。

或者，

第二RFFT运算单元305具体用于，对虚实结合处理单元304得到的第三复数序列除以N之后，再进行RFFT运算得到第四复数序列。

或者，

虚实结合处理单元304还用于，将第二RFFT运算单元305得到的第四复数序列除以N之后，再进行虚实结合处理以得到N点谐波序列。

或者，

虚实结合处理单元304还用于，将第二RFFT运算单元305得到的第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列，将该N点谐波序列除以N之后输出。

可以理解，本实施例的谐波检测装置300的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实施过程可参见上述方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。本实施例谐波检测装置300可部署在APF/SVG中，以作为APF/SVG中进行谐波检测的装置。

请参见图4，本发明实施例还提供一种谐波消除设备400，可包括：谐波检测装置410和电信号反馈装置420。

其中，谐波检测装置410，用于从电力线路中采样电信号以得到N点的电信号序列；将该N点的电信号序列进行N点的RFFT运算得到第一复数序列；对第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列；对第二复数序列进行虚实结合处理以得到第三复数序列；对第三复数序列进行RFFT运算得到第四复数序列；将第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列并输出。

电信号反馈装置420，用于基于谐波检测装置410输出的N点谐波序列生成补偿电信号，将生成的该补偿电信号反馈至该电力线路以消除该电力线路中产生的谐波。

在本发明一些实施例中，谐波检测装置410可在一个信号基波周期内，从电力线路中等间隔或不等间隔的采样电信号以得到N点的电信号序列。举例来说，谐波检测装置410例如可从三相电力线路中，抽取一个信号基波周期内等间隔或不等间隔的三相电流信号（或三相电压信号），以得到每相电流的N点电流信号序列（或N点电压信号序列）。

在本发明一些实施例中，谐波检测装置410例如可采用如图2所示数据存储方式进行数据存储。例如N点的电信号序列表示为R₀～R_N-1，假设用N个存储单元存储N点的电信号序列（R₀～R_N-1），将N点的电信号序列（R₀～R_N-1）进行N点的RFFT运算得到第一复数序列，将第一复数序列中直流分量和奈奎斯特频率点对应的数据（如R₀和R_N/2）存储在2个存储单元，还可将第一复数序列中剩余的N-2个复数中的其中（N-2）/2个复数（R₁～R_N/2-1）的实部存储在（N-2）/2个存储单元，并将该（N-2）/2个复数的虚部系数存储在（N-2）/2个存储单元，因为在第一复数序列中除直流分量和奈奎斯特频率点对应的数据（如R₀和R_N/2）之外的两部分复数（R₁～R_N/2-1）和（R_N/2+1～R_N-1）的实部和虚部系数具有共轭对称性，因此利用存储的复数（R₁～R_N/2-1）即可恢复出第一复数序列未存储的复数，这样可较大省存储空间，当然，谐波检测装置410也可存储第一复数序列中的（R_N/2+1～R_N-1）部分，不存储第一复数序列中的（R₁～R_N/2-1），而据（R_N/2+1～R_N-1）亦可恢复出（R₁～R_N/2-1）部分。可以理解，其它复数序列中具有共轭对称性的复数亦可按照这种方式进行存储。

在本发明一些实施例中，谐波检测装置410对第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列例如可包括：去除第一复数序列中的基波分量以得到第二复数序列（当然也还可去除不需要次数的谐波分量，即，可以只提取一个或几个所设定次数的谐波分量），举例来说，例如可令第一复数序列中的基波分量为零以得到第二复数序列；或者，也可令第一复数序列中的谐波分量为零以得到第五复数序列，而后再用第一复数序列减第五复数序列以得到第二复数序列。其中，第二复数序列包括多个第二复数。

在本发明一些实施例中，谐波检测装置410对第二复数序列进行虚实结合处理以得到第三复数序列，例如可包括：在包括多个第二复数的第二复数序列中，除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第二复数，通过虚实结合的处理方式生成与所述每一个第二复数对应的第三复数，而且，所述第三复数的实部等于与其对应第二复数的虚部系数和实部之和，所述第三复数的虚部系数等于与其对应第二复数的实部与虚部系数之差，这样一来，将第二复数序列中除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第二复数做如上所述的虚实结合处理就可得到N点的第三复数序列，即第三复数序列包括多个第三复数，其中，该N点的第三复数序列中包括第二复数序列中的直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据，还包括针对第二复数序列中除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第二复数，通过虚实结合的处理方式生成的与所述每一个第二复数对应的第三复数。

在本发明一些实施例中，谐波检测装置410将第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列，例如可包括针对包括多个第四复数的第四复数序列中，除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据外的每一第四个复数，通过虚实结合的处理方式生成与所述每一个第四复数对应的第六复数，所述第六复数的实部等于与其对应第四复数的虚部系数和实部之和，所述第六复数的虚部系数等于与其对应第四复数的实部与虚部系数之差，这样一来，将第四复数序列中的每一个复数做如上所述的虚实结合处理就可得到包含多个第六复数的N点谐波序列，其中，该N点谐波序列包括上述第四复数序列中直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据，还包括针对上述第四复数序列中除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第四复数，通过虚实结合的处理方式生成的与所述每一个第四复数对应的第六复数。

其中，两次实虚结合处理的方式相同，可实现代码复用，进而有利于节省代码存储空间。本实施例方案无需进行共轭操作，而只需对数据进行简单的加减操作，就可在较少运算量和不增加额外存储单元的前提下，实现复用RFFT代码完成谐波计算，且输出结果也可不需要数据提取排序等操作，完全可对应最初的实数序列，有利于节省计算时间，也不会增加额外的代码空间和存储空间。如需计算谐波幅值、相位、总谐波失真（THD）等场合，还能够充分复用代码减少程序存储空间。

此外，为了得到真实的幅值，在本发明一些实施例中，谐波检测装置410还可以对幅值进行还原，即经过一个“除以N”的运算（在本发明实施例中可称为1/N操作）。

举例来说，在本发明的一实施例中，谐波检测装置410可在将N点的电信号序列除以N之后，再进行N点的RFFT运算得到第一复数序列。

或者，在本发明的另一实施例中，谐波检测装置410可在对第一复数序列除以N之后再进行谐波提取处理得到第二复数序列。

或者，在本发明的另一实施例中，谐波检测装置410可在对第二复数序列除以N之后，再进行虚实结合处理以得到第三复数序列。

或者，在本发明的另一实施例中，谐波检测装置410可在对第三复数序列除以N之后再进行RFFT运算得到第四复数序列。

或者，在本发明的另一实施例中，谐波检测装置410可在对第四复数序列除以N之后，再进行虚实结合处理以得到N点谐波序列。

或者，在本发明的另一实施例中，谐波检测装置410可也可将得到的N点谐波序列除以N之后再输出。

可以理解的是，谐波检测装置410可如谐波检测装置300，可具有谐波检测装置300的部分或全部功能。谐波检测装置410的各功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实施过程可参见上述方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。

在本发明的一些实施例中，谐波消除设备400中的谐波检测装置410和电信号反馈装置420例如可部署在如图5a—5c所示的每一个电网拓扑中，以消除电网中的谐波。

为进一步说明本发明谐波消除设备400的拓扑位置和作用，下面以谐波消除设备400为APF/SVG为例，结合并联型补偿谐波电流APF/SVG进行说明。值得指出的是，本领域的技术人员须知，对于串联或混联方式的谐波补偿本发明的原理是同样适用的，也在本发明的保护范围之内。

参见图5b，图5b为并联式接入APF/SVG补偿无功功率和谐波的补偿的架构示意图，非线性负载在电网中运行，APF/SVG并联接入电网，对非线性负载的谐波和无功进行补偿。其中i_S（图中包括i_Sa、i_Sb、i_Sc）为电源电流，i_L（图中包括i_La、i_Lb、i_Lc）为负载电流，i_M（图中包括i_Ma、i_Mb、i_Mc）为电信号反馈装置420产生的补偿电流。

参见图5c，APF/SVG可通过其中的谐波检测装置410检测负载电流中的谐波分量。谐波检测装置410输出谐波电流序列，无功检测装置430可采用经典的瞬时无功理论计算获得负载电流基波无功，输出无功电流序列，无功电流序列与谐波电流序列相加，得到需要补偿的无功电流序列和谐波电流序列。图5c中的电信号反馈装置420包括：电流控制器421、直流电压控制器422和功率器件423（如绝缘栅双极型晶体管（IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor）），其中，电流控制器421和谐波检测装置410、无功检测装置430、直流电压控制器422和功率器件423连接，直流电压控制器422还和功率器件423连接。直流电压控制器422主要用于输出直流电压调节信号。电流控制器421主要用于根据无功电流序列、谐波电流序列和直流电压控制器422输出的直流电压调节信号生成脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation）信号输出。功率器件423主要用于根据电流控制器421输出的PWM信号产生用于补偿谐波和无功的电流信号输出，以对负载的无功和谐波电流进行补偿。功率器件423产生的补偿电流i_M（图中包括i_Ma、i_Mb、i_Mc）可与负载电流中的谐波分量大小相等、方向相反，因而二者可互相抵消，使得电源电流中只含基本有功分量。

本发明实施例还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时包括上述方法实施例中记载的数据处理方法的部分或全部步骤。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

综上，本发明实施例提供的技术方案中，将从电力线路中采样电信号以得到N点的电信号序列进行N点的RFFT运算得到第一复数序列；对第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列；对第二复数序列进行虚实结合处理以得到第三复数序列；对第三复数序列进行RFFT运算得到第四复数序列；将第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列，本方案无需在FFT前后进行共轭操作，也无需数据提取操作，而只需进行两次虚实结合操作，即进行简单的加减操作，所以相对于现有技术而言，较为节省计算时间，且由于可以充分利用RFFT代码进行运算，所以也可节省代码空间。

进一步的，不需增加额外存储空间，可以实现代码空间、存储单元数量和计算时间综合优化。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的一种谐波检测方法及相关装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种谐波检测方法，其特征在于，包括：

从电力线路中采样电信号以得到N点的电信号序列；

将所述N点的电信号序列进行N点的实数快速傅立叶变换RFFT运算得到第一复数序列；

对所述第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列；

对所述第二复数序列进行虚实结合处理以得到第三复数序列；

对所述第三复数序列进行实数快速傅立叶变换RFFT运算得到第四复数序列；以及

将所述第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列。

2.根据权利要求1所述的谐波检测方法，其特征在于，所述从电力线路中采样电信号以得到N点的电信号序列的步骤包括：

在一个信号基波周期内，从电力线路中等间隔的采样电信号以得到N点的电信号序列。

3.根据权利要求1所述的谐波检测方法，其特征在于，所述对所述第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列的步骤包括：

去除所述第一复数序列中的基波分量以得到所述第二复数序列；

或者，

令所述第一复数序列中的谐波分量为零以得到第五复数序列，而后再用所述第一复数序列减去所述第五复数序列以得到所述第二复数序列。

4.根据权利要求1所述的谐波检测方法，其特征在于，所述对所述第二复数序列进行虚实结合处理的步骤包括：

在包括多个第二复数的所述第二复数序列中，除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第二复数，通过虚实结合的处理方式生成与所述每一个第二复数对应的第三复数，其中，所述第三复数的实部等于对应第二复数的虚部系数和实部之和，所述第三复数的虚部系数等于对应第二复数的实部与虚部系数之差。

5.根据权利要求1所述的谐波检测方法，其特征在于，所述将所述第四复数序列进行虚实结合处理的步骤包括：

在包括多个第四复数的所述第四复数序列中，除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第四复数，通过虚实结合的处理方式生成与所述每一个第四复数对应的第六复数，其中，所述第六复数的实部等于对应第四复数的虚部系数和实部之和，所述第六复数的虚部系数等于对应第四复数的实部与虚部系数之差。

6.根据权利要求1至5任一项所述的谐波检测方法，其特征在于，所述将所述N点的电信号序列进行N点的实数快速傅立叶变换RFFT运算得到第一复数序列的步骤包括：将所述N点的电信号序列除以所述N之后，再进行N点的RFFT运算得到第一复数序列；

或者，

所述对所述第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列的步骤包括：在对所述第一复数序列除以所述N之后再进行谐波提取处理得到第二复数序列；

或者，

所述对所述第二复数序列进行虚实结合处理以得到第三复数序列的步骤包括：在对所述第二复数序列除以所述N之后，再进行虚实结合处理以得到第三复数序列；

或者，所述对所述第三复数序列进行RFFT运算得到第四复数序列的步骤包括：在对所述第三复数序列除以所述N之后再进行RFFT运算得到第四复数序列；

或者，

所述将所述第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列的步骤包括：在将所述第四复数序列除以所述N之后，再进行虚实结合处理以得到N点谐波序列；

或者，

所述谐波检测方法还包括：

将得到的所述N点谐波序列除以所述N。

7.一种谐波检测装置，其特征在于，包括：

采样单元，用于从电力线路中采样电信号以得到N点的电信号序列；

第一RFFT运算单元，用于将所述采样单元得到的N点的电信号序列进行N点的实数快速傅立叶变换RFFT运算得到第一复数序列；

谐波提取单元，用于对所述第一RFFT运算单元得到的第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列；

虚实结合处理单元，用于对所述谐波提取单元得到的第二复数序列进行虚实结合处理以得到第三复数序列；

第二RFFT运算单元，用于对所述虚实结合处理单元得到的第三复数序列进行RFFT运算得到第四复数序列；以及

所述虚实结合处理单元还用于，将所述第二RFFT运算单元得到的第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列。

8.根据权利要求7所述的谐波检测装置，其特征在于，

所述虚实结合处理单元具体用于，在所述谐波提取单元得到的包括多个第二复数的所述第二复数序列中，除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第二复数，通过虚实结合的处理方式生成与所述每一个第二复数对应的第三复数，其中，所述第三复数的实部等于对应第二复数的虚部系数和实部之和，所述第三复数的虚部系数等于对应第二复数的实部与虚部系数之差，以得到包括多个第三复数的第三复数序列。

9.根据权利要求7所述的谐波检测装置，其特征在于，所述虚实结合处理单元还具体用于，在所述第二RFFT运算单元得到的包括多个第四复数的第四复数序列中，除直流分量和奈奎斯特频率点所对应的数据之外的每一个第四复数，通过虚实结合的处理方式生成与所述每一个第四复数对应的第六复数，其中，所述第六复数的实部等于对应第四复数的虚部系数和实部之和，所述第六复数的虚部系数等于对应第四复数的实部与虚部系数之差，以得到包括多个第六复数的N点谐波序列。

10.根据权利要求7至9任一项所述的谐波检测装置，其特征在于，

所述第一RFFT运算单元具体用于，将所述采样单元得到的N点的电信号序列除以所述N之后，再进行N点的RFFT运算得到第一复数序列；

或者，

所述谐波提取单元具体用于，对所述第一RFFT运算单元进行RFFT运算得到的所述第一复数序列除以所述N之后，再进行谐波提取处理得到第二复数序列；

或者，

所述虚实结合处理单元具体用于，对所述谐波提取单元得到的所述第二复数序列除以所述N之后，再进行虚实结合处理以得到第三复数序列；

或者，

所述第二RFFT运算单元具体用于，对所述虚实结合处理单元得到的第三复数序列除以所述N之后，再进行RFFT运算得到第四复数序列；

或者，

所述虚实结合处理单元还用于，将所述第二RFFT运算单元得到的所述第四复数序列除以所述N之后，再进行虚实结合处理以得到N点谐波序列；

或者，

所述虚实结合处理单元还用于，将所述第二RFFT运算单元得到的所述第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列，将所述N点谐波序列除以所述N之后输出。

11.一种谐波消除设备，其特征在于，包括：

谐波检测装置，用于从电力线路中采样电信号以得到N点的电信号序列；将所述N点的电信号序列进行N点的实数快速傅立叶变换RFFT运算得到第一复数序列；对所述第一复数序列进行谐波提取处理得到第二复数序列；对所述第二复数序列进行虚实结合处理以得到第三复数序列；对所述第三复数序列进行RFFT运算得到第四复数序列；将所述第四复数序列进行虚实结合处理以得到N点谐波序列并输出；

电信号反馈装置，用于基于所述谐波检测装置输出的所述N点谐波序列生成补偿电信号，将生成的所述补偿电信号反馈至所述电力线路以消除所述电力线路中产生的谐波。

12.一种计算机存储介质，其特征在于，

所述计算机存储介质存储有程序，所述程序执行时包括如权利要求1至6任一项所述的步骤。

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