CN112881799A - 基于fft变换地电力***谐波检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了基于FFT变换地电力***谐波检测方法，将频率变化率设置为前次和当次测得的基波频率进行差商运算的结果，用本实施例的频率变化率去修正当次测量的归一化频率校正量，并通过频率校正公式、幅值校正公式和相位校正公式计算修正后的频率、幅值、相位，最终得到的频率、幅值、相位更符合实际结果，进而可以适应频率动态变化的电网环境；将前次测得的频率用于本次频率变化率的计算，从而使计算时间缩短了一半。

Description

基于FFT变换地电力***谐波检测方法

技术领域

本发明涉及谐波检测技术领域，尤其涉及基于FFT变换地电力***谐波检测方法。

背景技术

谐波不但使电网效率降低，还会形成谐振环流，严重时候甚至会烧坏电机。常用傅里叶分析法抑制谐波。FFT分析法将检测到地一个周期地谐波信号通过快速FFT进行分解，得到各次谐波地幅值和相位，将拟消除地谐波分量通过带通滤波器或傅里叶变换器得出所需地误差信号，再将该误差信号进行傅里叶反变换，即可得补偿信号。这种方法不能分开有功电流和无功电流，并且要求严格地同步采样和等间隔采样，否则将会出现栅栏效应和频谱泄露现象，从而影响检测地精确度。

非同步采样下的测量方法从采样方式上可以分为定速率采样方法和自适应采样方法，而现有的定速率采样方法不能根据电网频率的变化实时调整采样频率以实现同步采样，并且当电网频率发生动态变化时，其测量精度急剧降低，因此，为了解决上述问题，本发明提供了基于FFT变换地电力***谐波检测方法，通过相位差校正法对两段加窗地时域序列做FFT并利用对应峰值谱线地相位差来进行频率、幅值和相位的校正，以得到同步数据，并且可以适应频率动态变化地电网环境。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了基于FFT变换地电力***谐波检测方法，通过相位差校正法对两段加窗地时域序列做FFT并利用对应峰值谱线地相位差来进行频率、幅值和相位的校正，以得到同步数据，并且可以适应频率动态变化的电网环境。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了基于FFT变换地电力***谐波检测方法，包括以下步骤：

S1、对采集的非同步数据进行FFT变换，得到频谱序列，由频谱序列推导归一化频率校正量；

S2、基于频率变化率修正归一化频率校正量，将修正后的归一化频率校正量代入频率校正公式、幅值校正公式和相位校正公式中得出K次谐波的频率、幅值和相位。

在以上技术方案的基础上，优选的，S1具体包括以下步骤：

S101、确定谐波信号的相位，并将该谐波信号在时域上向左平移时间长度为t₀的长度，确定平移后的相位；

S102、将平移前与平移后的相位相减得到两段信号的相位差，根据相位差推得归一化频率校正量。

在以上技术方案的基础上，优选的，S102中平移前与平移后的相位相减得到两段信号的相位差为：

Δφ_k＝2πf_kt₀；

式中，Δφ_k为两段信号的相位差；f_k为k次谐波的频率；t₀为第二段信号平移的时间长度。

进一步优选的，S2中频率变化率为当次测得的基波频率减去前次测得的基波频率再除以两次测量的时间间隔的结果。

进一步优选的，S2中修正后的归一化频率校正量为：

式中，Δm_k为修正后的归一化频率校正量；N为各段信号的采样点数；L为第二段信号平移的点数；f_k为k次谐波的频率；f_s为采样率；m_k为归一化峰值谱线频率。

进一步优选的，频率校正公式为：

进一步优选的，幅值校正公式为：

式中，A_k为k次谐波的幅值；A_mk为谐波信号频谱中峰值谱线的幅值；W^norm(Δm_k)为Δm_k的傅里叶变换函数。

进一步优选的，相位校正公式为：

式中，

为k次谐波的相位；I_k和R_k分别为归一化频率为m_k时W^norm(Δm_k)函数的虚部和实部。

本发明的基于FFT变换地电力***谐波检测方法相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)将频率变化率设置为前次和当次测得的基波频率进行差商运算的结果，用本实施例的频率变化率去修正当次测量的归一化频率校正量，并通过频率校正公式、幅值校正公式和相位校正公式计算修正后的频率、幅值、相位，最终得到的频率、幅值、相位更符合实际结果，进而可以适应频率动态变化的电网环境；

(2)将前次测得的频率用于本次频率变化率的计算，从而使计算时间缩短了一半。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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为本发明基于FFT变换地电力***谐波检测方法的流程图；

图2为本发明基于FFT变换地电力***谐波检测方法中步骤S1的具体流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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他实施方式，都属于本发明保护的范围。

对于定速率采样，频域上的方法需要推导出相应的频率、幅值、相位校正公式，各校正公式均与归一化频率校正量有关，但现有方法在推导归一化频率校正量计算公式过程中均未考虑到电网频率变化率不为零时的情况，因而在频率动态过程中测量精度严重降低，为了解决上述问题，如图1所示，本实施例提供了基于FFT变换地电力***谐波检测方法，包括以下步骤：

S1、对采集的非同步数据进行FFT变换，得到频谱序列，由频谱序列推导归一化频率校正量；如图2所示，具体包括以下步骤：

S101、确定谐波信号的相位，并将该谐波信号在时域上向左平移时间长度为t₀的长度，确定平移后的相位；

S102、将平移前与平移后的相位相减得到两段信号的相位差，根据相位差推得归一化频率校正量。其中，平移前与平移后的相位相减得到两段信号的相位差为：Δφ_k＝2πf_kt₀；式中，Δφ_k为两段信号的相位差；f_k为k次谐波的频率；t₀为第二段信号平移的时间长度。根据相位差推得归一化频率校正量可以采用现有技术实现，在此不再累述。本实施例是对计算出的归一化频率校正量进一步校正，使其适用于频率动态过程。

S2、基于频率变化率修正归一化频率校正量，将修正后的归一化频率校正量代入频率校正公式、幅值校正公式和相位校正公式中得出K次谐波的频率、幅值和相位。

其中，频率变化率为当次测得的基波频率减去前次测得的基波频率再除以两次测量的时间间隔的结果。由于在电力谐波测量技术领域中，频率变化率是一个很重要的参数，因此，本实施例中，频率变化率为前次和当次测得的基波频率进行差商运算的结果。用本实施例的频率变化率去修正当次测量的归一化频率校正量，并通过频率校正公式、幅值校正公式和相位校正公式计算修正后的频率、幅值、相位。本实施例中，将前次测得的频率用于本次频率变化率的计算，从而使计算时间缩短了一半。

进一步优选的，修正后的归一化频率校正量为：

式中，Δm_k为修正后的归一化频率校正量；N为各段信号的采样点数；L为第二段信号平移的点数；f_k为k次谐波的频率；f_s为采样率；m_k为归一化峰值谱线频率。

进一步优选的，频率校正公式为：

进一步优选的，幅值校正公式为：

式中，A_k为k次谐波的幅值；A_mk为谐波信号频谱中峰值谱线的幅值；W^norm(Δm_k)为Δm_k的傅里叶变换函数。

进一步优选的，相位校正公式为：

式中，

为k次谐波的相位；I_k和R_k分别为归一化频率为m_k时W^norm(Δm_k)函数的虚部和实部。

本实施例的有益效果为：将频率变化率设置为前次和当次测得的基波频率进行差商运算的结果，用本实施例的频率变化率去修正当次测量的归一化频率校正量，并通过频率校正公式、幅值校正公式和相位校正公式计算修正后的频率、幅值、相位，最终得到的频率、幅值、相位更符合实际结果，进而可以适应频率动态变化的电网环境；

本实施例中，将前次测得的频率用于本次频率变化率的计算，从而使计算时间缩短了一半。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于FFT变换地电力***谐波检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、对采集的非同步数据进行FFT变换，得到频谱序列，由频谱序列推导归一化频率校正量；

S2、基于频率变化率修正归一化频率校正量，将修正后的归一化频率校正量代入频率校正公式、幅值校正公式和相位校正公式中得出K次谐波的频率、幅值和相位。

2.如权利要求1所述的基于FFT变换地电力***谐波检测方法，其特征在于：所述S1具体包括以下步骤：

S101、确定谐波信号的相位，并将该谐波信号在时域上向左平移时间长度为t₀的长度，确定平移后的相位；

S102、将平移前与平移后的相位相减得到两段信号的相位差，根据相位差推得归一化频率校正量。

3.如权利要求2所述的基于FFT变换地电力***谐波检测方法，其特征在于：所述S102中平移前与平移后的相位相减得到两段信号的相位差为：

Δφ_k＝2πf_kt₀；

式中，Δφ_k为两段信号的相位差；f_k为k次谐波的频率；t₀为第二段信号平移的时间长度。

4.如权利要求1所述的基于FFT变换地电力***谐波检测方法，其特征在于：所述S2中频率变化率为当次测得的基波频率减去前次测得的基波频率再除以两次测量的时间间隔的结果。

5.如权利要求4所述的基于FFT变换地电力***谐波检测方法，其特征在于：所述S2中修正后的归一化频率校正量为：

式中，Δm_k为修正后的归一化频率校正量；N为各段信号的采样点数；L为第二段信号平移的点数；f_k为k次谐波的频率；f_s为采样率；m_k为归一化峰值谱线频率。

6.如权利要求5所述的基于FFT变换地电力***谐波检测方法，其特征在于：所述频率校正公式为：

7.如权利要求5所述的基于FFT变换地电力***谐波检测方法，其特征在于：所述幅值校正公式为：

式中，A_k为k次谐波的幅值；A_mk为谐波信号频谱中峰值谱线的幅值；W^norm(Δm_k)为Δm_k的傅里叶变换函数。

8.如权利要求5所述的基于FFT变换地电力***谐波检测方法，其特征在于：所述相位校正公式为：

式中，

为k次谐波的相位；I_k和R_k分别为归一化频率为m_k时W^norm(Δm_k)函数的虚部和实部。

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