CN108362940B - 一种半周波畸变信号的动态谐波频率提取方法 - Google Patents

一种半周波畸变信号的动态谐波频率提取方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半周波畸变信号的动态谐波频率提取方法，它包括：选择采样频率和采样长度，对输入信号进行等间隔采样，得到信号离散采样序列，并由***自动搜寻信号最大值与最小值；设置m个水平阈值Yi；利用输入信号过水平阈值与过零点的时间差判断离散采样序列的半周波内是否含有谐波；若输入信号存在谐波，则将信号进行周期延拓，延拓生成为不少于2个的完整周期信号；对延拓后生成的信号进行谐波分析，提取出输入信号相应的正半或负半周波所含的谐波频率、幅值、和相位；解决了实际电网中的谐波往往具有持续时间短、发生随机性强等非平稳特点；传统的谐波分析一般采用傅立叶变换无法准确区分较短时间内的频谱成分等技术问题。

Description

一种半周波畸变信号的动态谐波频率提取方法
技术领域
本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种半周波畸变信号的动态谐波频率提取方法。
背景技术
随着电力电子技术的日益发展，非线性负荷的大量使用导致电力***中电压电流波形发生畸变，谐波问题变得尤为突出。在现有的谐波分析方法中，通常谐波都被认为是稳态信号，而在实际情况下，由于非线性负载的连接，导致谐波信号往往呈动态出现。在IR46电能表国际建议标准中，其对谐波影响下的电能计量误差分析提出了新要求，在谐波对电能计量误差的影响研究中，均将谐波视为稳态信号，而实际电网中的谐波往往具有持续时间短、发生随机性强等非平稳特点。传统的谐波分析一般采用傅立叶变换，但傅立叶变换无法准确区分较短时间内的频谱成分。
发明内容
本发明要解决的技术问题：提供一种半周波畸变信号的动态谐波频率提取方法，以解决现有技术在谐波对电能计量误差的影响研究中，均将谐波视为稳态信号，而实际电网中的谐波往往具有持续时间短、发生随机性强等非平稳特点。传统的谐波分析一般采用傅立叶变换，但傅立叶变换无法准确区分较短时间内的频谱成分等技术问题。
本发明技术方案：
一种半周波畸变信号的动态谐波频率提取方法，它包括：
步骤一：选择采样频率fs和采样长度N，对输入信号进行等间隔采样，得到信号离散采样序列x(tn)，n＝0,1,2,…,N-1，并由***自动搜寻信号最大值max与最小值min；
步骤二：设置m个水平阈值Yi，m为大于等于2的整数，i＝1,2,…,m，阈值取值区间为0.8max<Yi<max，或min<Yi<0.8min；
步骤三：利用输入信号过水平阈值与过零点的时间差判断离散采样序列的半周波内是否含有谐波；
步骤四：若输入信号的正半或负半周波存在谐波，将相应的正半或负半周波信号进行周期延拓，延拓生成为不少于2个的完整周期信号；
步骤五：对延拓后生成的信号进行谐波分析，提取出输入信号相应的正半或负半周波所含的谐波频率、幅值、和相位。
步骤三中，判断离散采样序列的半周波内是否含有谐波的方法为：根据阈值的取值区间，确定设置的m个水平阈值Yi与输入信号曲线相交且处于输入信号曲线升降序相同的两个交点，如果某个阈值的2个交点均与信号采样点重合，则直接计算时间差值△ti，如果某个阈值的2个交点不与信号采样点重合，则将该阈值与采样信号上述交点附近的信号采样点代入Lagrange插值公式，计算该阈值相应的时间差值△ti；求出输入信号过零点时处于输入信号曲线升降序相同的两点之间的时间差，并记为△t0，令σi＝|△t0–△ti|，v＝|σi/σj|式中i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,m；i≠j；若v>10或v<0.1，则判断输入信号的正半或负半周波存在谐波，否则判断输入信号的正半或负半周波不存在谐波。
步骤四中仅对步骤三中所判断的含有谐波的正半或负半周波信号进行周期延拓。
本发明有益效果：
本发明对在半周波出现的谐波信号进行快速判别，然后仅将含谐波的半周波信号周期延拓为整周期信号，再采用FFT算法对其进行谐波分析，便可提取出较短时间内出现的谐波信号的频率、幅值与相位参数；本发明具有简单易懂、谐波检测速度更快、更准确等特点，采用输入信号过水平阈值与过零点的时间差的差值比较法检测谐波，然后对相应含有谐波的半周波信号进行周期延拓，最后对延拓生成的信号进行谐波分析，完成半周波畸变信号的动态谐波频率、幅值与相位参数的提取，该方法检测谐波速度快，计算简单，易于微机实现等优点。解决了现有技术在谐波对电能计量误差的影响研究中，均将谐波视为稳态信号，而实际电网中的谐波往往具有持续时间短、发生随机性强等非平稳特点。传统的谐波分析一般采用傅立叶变换，但傅立叶变换无法准确区分较短时间内的频谱成分等技术问题。
附图说明
图1为本发明流程示意图。
具体实施方式
本发明实现半周波畸变信号的动态谐波频率快速提取方法的流程图如图1所示，其具体步骤包括：
第一步，选取合适的采样频率fs和采样点数N对输入信号进行等间隔取样，并由***搜寻采样信号的最大值max与最小值min；
第二步，设置3个水平阈值，阈值取值区间为0.8max<Yi<max，或min<Yi<0.8min；
第三步，根据阈值取值区间，选取三个水平阈值Y1、Y2、Y3，将水平阈值Y1、Y2、Y3分别与输入信号曲线相交，找出处于信号曲线升降序相同的两点，如果某阈值的两个交点均与采样点重合，则可以直接计算出时间差，如果阈值的两个交点与信号采样点均不重合，则将该阈值与两交点附近的两个采样点代入Lagrange插值公式，计算相应的时间差，将计算出的时间差分别记为△t1、△t2、△t3。计算出输入信号曲线过零点时处于信号升降序相同的两个零点之间的时间差，记为△t0，检测采样信号半周波是否含有谐波的依据为：
令σ1＝|△t0–△t1|，σ2＝|△t0–△t2|，σ3＝|△t0–△t3|，v1＝|σ1/σ2|，v2＝|σ1/σ3|，v3＝|σ2/σ3|。
若v1、v2、v3中存在vi>10或vi<0.1，则判断输入信号正半或负半周波含有谐波；
第四步，将输入信号的正半或负半周波延拓生成8个整周期信号；
第五步，对延拓生成的整周期信号采用加窗插值FFT改进算法进行谐波分析，计算出谐波频率、幅值与相位。
至此，完成对半周波畸变信号的动态谐波频率的快速准确提取。

Claims (3)

1.一种半周波畸变信号的动态谐波频率提取方法，它包括：
步骤一：选择采样频率fs和采样长度N，对输入信号进行等间隔采样，得到信号离散采样序列x(tn)，n＝0,1,2,…,N-1，并由***自动搜寻信号最大值max与最小值min；
步骤二：设置m个水平阈值Yi，m为大于等于2的整数，i＝1,2,…,m，阈值取值区间为0.8max<Yi<max，或min<Yi<0.8min；
步骤三：利用输入信号过水平阈值与过零点的时间差判断离散采样序列的半周波内是否含有谐波；
步骤四：若输入信号的正半或负半周波存在谐波，将相应的正半或负半周波信号进行周期延拓，延拓生成为不少于2个的完整周期信号；
步骤五：对延拓后生成的信号进行谐波分析，提取出输入信号相应的正半或负半周波所含的谐波频率、幅值和相位。
2.根据权利要求1所述的一种半周波畸变信号的动态谐波频率提取方法，其特征在于：步骤三中，判断离散采样序列的半周波内是否含有谐波的方法为：根据阈值的取值区间，确定设置的m个水平阈值Yi与输入信号曲线相交且处于输入信号曲线升降序相同的两个交点，如果某个阈值的2个交点均与信号采样点重合，则直接计算时间差值△ti，如果某个阈值的2个交点不与信号采样点重合，则将该阈值与采样信号上述交点附近的信号采样点代入Lagrange插值公式，计算该阈值相应的时间差值△ti；求出输入信号过零点时处于输入信号曲线升降序相同的两点之间的时间差，并记为△t0，令σi＝|△t0–△ti|，v＝|σi/σj|式中i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,m；i≠j；若v>10或v<0.1，则判断输入信号的正半或负半周波存在谐波，否则判断输入信号的正半或负半周波不存在谐波。
3.根据权利要求1所述的一种半周波畸变信号的动态谐波频率提取方法，其特征在于：步骤四中仅对步骤三中所判断的含有谐波的正半或负半周波信号进行周期延拓。
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