CN103983849A - 一种实时高精度的电力谐波分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了电力谐波检测技术领域中的一种实时高精度的电力谐波分析方法，包括以下步骤：以一固定采样频率对电力***电网信号进行采样获得第一采样信号；将第一采样信号通过数字滤波器组，根据其输出获得电网信号的基波频率；由基波频率得到与其成正比的可变采样频率，利用所述可变采样频率对待测电网信号进行采样获得第二采样信号，将第二采样信号经模数转换后输入数字信号处理器；采取FFT方式对第二采样信号进行傅里叶变换，计算所需谐波分量的幅值和相角。本发明方法对电力***谐波的测量精度较高，满足电力***检测对实时性的要求。

Description

一种实时高精度的电力谐波分析方法
技术领域
本发明涉及电力***中的谐波分析领域，尤其涉及一种实时高精度的电力谐波分析方法。
背景技术
随着电子技术和电力电子器件的发展，电力电子设备的应用越来越广泛，这些非线性电力设备使电网中产生了大量的谐波，导致电能质量下降。谐波的准确实时分析对电能质量的治理具有十分重要的意义。
目前，对于谐波的分析常采用频域分析法，主要有FFT即傅里叶变换、基于神经网络理论、矢量变换以及小波变换等。傅里叶变换是比较成熟且实用的谐波分析法，以简单实用的特点而成为当前谐波分析的主要算法。
FFT算法在非同步采样的情况下，会产生频谱泄露，造成测量数据的不准确；目前普遍采用加窗的方法来减少频谱泄漏，但是这方法会增加算法的计算量，影响谐波分析速度。
所以需要提供一种实时性高、计算量小的方法来跟踪输入信号的频率，以实现信号的同步采样，消除频率同步误差。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种实时高精度的电力谐波分析方法，通过该方法能够快速获得电力***的基波频率，提高谐波分析的精度。
为实现上述目的，本发明提供了一种实时高精度的电力谐波分析方法，该方法包含以下步骤：
（1）以一固定采样频率fs对电力***电网信号进行采样获得第一采样信号；
（2）将第一采样信号通过数字滤波器组，根据数字滤波器组的输出获得电网信号的基波频率f0；
（3）由基波频率f0得到与其成正比的可变采样频率fx，利用所述可变采样频率fx对待测电网信号进行采样获得第二采样信号，将第二采样信号经模数转换后输入数字信号处理器； 
（4）采取FFT方式对第二采样信号进行傅里叶变换，计算所需谐波分量的幅值和相角。
所述步骤（1）中对电力***电网信号进行采样所采用的固定采样频率fs为基波频率f0的2~4倍。
所述步骤（2）中需比较数字滤波器组的输出值，将输出值最大的滤波器对应的中心频率作为基波频率f0。
所述步骤（2）的数字滤波器组为带通FIR滤波器组。
所述带通FIR滤波器组的中心频率覆盖工频频率。
所述步骤（3）利用所述可变采样频率fx对待测电网信号的采样时间间隔T为基波频率f0与可变采样频率fx一个周期采样点数N的乘积的倒数，即T=1/（f0*N）。
本发明的有益效果是：能够快速准确地获得工频信号的频率，实现同步采样，解决了非同步采样产生误差的问题，满足电力***检测对实时性的要求。
附图说明
图1为实时高精度的电力谐波分析方法实现框图。
图2为FIR滤波器结构图。
具体实施方式
本发明提出一种实时高精度的电力谐波分析方法，其特点是能够快速实时地获得基波的频率，实现同步采样。
谐波分析所使用的采样点需要与电网信号同频，本发明首先通过一路电网信号进行频率测量，然后再对另一路电网信号在周期起始点开始采样。
要测量电网信号的频率，先根据所需测量精度设定组成带通FIR滤波器组的带通FIR滤波器数量，再如图1所示采用一固定采样频率fs的模数转换器ADC对一路电网信号进行采样获得第一采样信号；将第一采样信号通过带通FIR滤波器组，比较每台带通FIR滤波器的输出值，其中输出值最大的带通FIR滤波器所对应的中心频率即为基波频率f0，为采取足够多的点数，以保证一定的频率分辨率，所采用固定采样频率fs为基波频率f0的2~4倍；将基波频率f0通过时钟电路得到一个基波频率f0整数倍M的时钟信号作为可变采样频率fx，根据测试电网信号谐波次数确定M的值，以测试30次谐波为例，M大于60；该时钟信号的采样时间间隔T为基波频率f0与可变采样频率fx一个周期采样点数N的乘积的倒数，即T=1/（f0*N）；再将该时钟信号作为另一可变频率模数转换器ADC的采样频率，对另一路电网信号进行采样获得第二采样信号，将第二采样信号输入数字信号处理器，采用FFT方式对第二采样信号进行傅里叶变换，计算所需谐波分量的幅值和相角。

Claims (6)

1.一种实时高精度的电力谐波分析方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：
（1）以一固定采样频率fs对电力***电网信号进行采样获得第一采样信号；
（2）将第一采样信号通过数字滤波器组，根据数字滤波器组的输出获得电网信号的基波频率f0；
（3）由基波频率f0得到与其成正比的可变采样频率fx，利用所述可变采样频率fx对待测电网信号进行采样获得第二采样信号，将第二采样信号经模数转换后输入数字信号处理器； 
（4）采取FFT方式对第二采样信号进行傅里叶变换，计算所需谐波分量的幅值和相角。
2.根据权利要求1所述的一种实时高精度的电力谐波分析方法，其特征在于，所述步骤（1）中对电力***电网信号进行采样所采用的固定采样频率fs为基波频率f0的2~4倍。
3.根据权利要求1所述的一种实时高精度的电力谐波分析方法，其特征在于，所述步骤（2）中需比较数字滤波器组的输出值，将输出值最大的滤波器对应的中心频率作为基波频率f0。
4.根据权利要求1或3所述的一种实时高精度的电力谐波分析方法，其特征在于，所述步骤（2）的数字滤波器组为带通FIR滤波器组。
5.根据权利要求4所述的一种实时高精度的电力谐波分析方法，其特征在于，所述带通FIR滤波器组的中心频率覆盖工频频率。
6.根据权利要求1所述的一种实时高精度的电力谐波分析方法，其特征在于，所述步骤（3）利用所述可变采样频率fx对待测电网信号的采样时间间隔T为基波频率f0与可变采样频率fx一个周期采样点数N的乘积的倒数，即T=1/（f0*N）。
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