CN117054737B - 一种自相关滤波计算电力供电频率的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种自相关滤波计算电力供电频率的方法和装置，属于用于各种电能质量检测设备和电力录波装置的自动监测方法。首先对AD采样的电压信号滤波，而后分别用延时m和2m的信号与自身相乘，乘得的数据经过低通滤波器后依公式求得当前的瞬时频率值。多个工频周期的瞬时频率值求平均可得到频率的精确值。本发明的优点是延时大大小于常规方法，计算精度高，适于各种计算机、DSP或FPGA实现。

Description

一种自相关滤波计算电力供电频率的方法和装置
技术领域
本发明涉及电力***技术领域，具体的说是一种自相关滤波计算电力供电频率的方法和装置，用于电能质量检测设备的频率测量。
背景技术
随着电力电子技术的发展，电能质量监测在电力***中的应用越来越广泛，而频率测量是电能质量的重要组成部分。对电力频率的高精度测量是对电能质量其余很多参数测量的基础。
常用的频率测量方法有闸门法、周期法以及等精度法。但是这些方法有如下缺点：1、需要使用调解电路将电压转换为方波，然后使用定时器/计数器计算频率；2、不能提供随AD采样率逐点的频率信息；3、需要测量多个工频周期才可以得到足够的精度，瞬时测量的分辨率和精度不够理想。
随着计算机硬件水平的发展，计算复杂度对于算法的限制越来越小，因此可以考虑使用较复杂算法，将AD变换后的数值计算成为频率信息。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种自相关滤波计算电力供电频率的方法和装置，用于各种电能质量检测设备和电力录波装置。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种自相关滤波计算电力供电频率的方法，包括以下步骤：
以采样周期Ts采样被分析的电压信号得到V(n)；
滤除V(n)的谐波和直流分量，得到V`(n)；
将V`(n)分别延时mTs和2mTs后与V`(n)相乘，其中，m为整形常量；
滤除相乘结果中的高频分量；
根据滤除高频分量的相乘结果，获得瞬时频率；
根据瞬时频率获得一段时间内的电压频率。
所述将V`(n)分别延时mTs和2mTs后与V`(n)相乘，具体为：所述相乘S1(n)和S2(n)结果表达为：
S1(n)＝V`(n)V`(n+m)
S2(n)＝V`(n)V`(n+2m)
所述电压信号V(n)表示如下：
V(n)＝Ucos(2π×n×Ts×f(n))
式中，U为基波电压，f(n)为瞬时频率；
将V(n)代入S1(n)和S2(n)中并三角分解，得：
式中，ρ＝2π×Ts×f(n)。
所述滤除高频分量的相乘结果为：
所述瞬时频率为：
所述一段时间内的电压频率为：
其中，N为该段时间内对应的采样点数量。
一种自相关滤波计算电力供电频率的装置，包括：
采样模块，用于以采样周期Ts采样被分析的电压信号V(n)；带通滤波器，用于滤除V(n)的谐波和直流分量，得到V`(n)；
延时模块，用于将V`(n)分别延时mTs和2mTs，其中，m为整形常量；
乘法模块，用于将延时后的结果与V`(n)相乘；
低通滤波器，用于滤除相乘结果中的高频分量；
处理模块，用于根据滤除高频分量的相乘结果，获得瞬时频率；
确定模块，用于根据瞬时频率获得一段时间内的电压频率。
本发明具有以下优点及有益效果：
1、本发明频率计算的延时取决于AD采样周期和滤波器的阶数，一般在1到2个工频周期就可以得到很高的精度，计算延时大大小于常规方法。
2、计算精度高。
3、适于各种计算机、DSP或FPGA实现。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程图；
图2为本发明实施例的计算原理框图；
图3为本发明实施例的装置结构图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1和图2所示，一种自相关滤波计算电力供电频率的方法，包括以下步骤：
步骤a.以采样周期为Ts采样被分析的电压信号得到V(n)，n为电压采样序号，直接用分压器或从电压互感器PT二次侧取得电网的电压信号，经过抗混叠滤波器送达AD采样处。用带通滤波器滤除谐波和直流分量，得到V`(n)，然后分别延时mTs和2mTs后和自己相乘，得：
S1(n)＝V′(n)V′(n+m)
S2(n)＝V′(n)V′(n+2m) (1)
其中，m为整形常量，一般2mTS对应1/8周期左右，实际上m>＝1算法都成立。电压信号V(n)可表示如下：
V(n)＝Ucos(2π×n×Ts×f(n)) (2)
式中U为基波电压，f(n)为瞬时频率，代入式(1)并三角分解，得：
式中，ρ＝2π×Ts×f(n)。
步骤b.将S1(n)、S2(n)通过低通滤波器滤除高频分量，得：
步骤c.解该方程，得
在延时小于π/2时，加号成立，则可解得频率的瞬时值：
式中，f(n)为瞬时频率。
步骤d.瞬时频率在一段时间的算数平均就是频率的精确值。在一段时间对瞬时频率求平均，得到频率的精确值f：
其中，N为该段时间内对应的采样点数量，n＝0～N-1。
如图3所示，一种自相关滤波计算电力供电频率的装置，包括：
采样模块，用于以采样周期Ts采样被分析的电压信号V(n)；
带通滤波器，用于滤除V(n)的谐波和直流分量，得到V`(n)，该带通滤波器截止频率在90Hz；
延时模块，用于将V`(n)分别延时mTs和2mTs，其中，m为整形常量；
乘法模块，用于将延时后的结果与V`(n)相乘；
低通滤波器，用于滤除相乘结果中的高频分量，该低通滤波器的截止频率为45Hz；
处理模块，用于根据滤除高频分量的相乘结果，获得瞬时频率；
确定模块，用于根据瞬时频率获得一段时间内的电压频率。

Claims (2)

1.一种自相关滤波计算电力供电频率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
以采样周期Ts采样被分析的电压信号得到V(n)；
滤除V(n)的谐波和直流分量，得到V`(n)；
将V`(n)分别延时mTs和2mTs后与V`(n)相乘，其中，m为整形常量；
滤除相乘结果中的高频分量；
根据滤除高频分量的相乘结果，获得瞬时频率；
根据瞬时频率获得一段时间内的电压频率；
所述将V`(n)分别延时mTs和2mTs后与V`(n)相乘，具体为：
所述相乘S1(n)和S2(n)结果表达为：
S1(n)＝V`(n)V`(n+m)
S2(n)＝V`(n)V`(n+2m)
所述电压信号V(n)表示如下：
V(n)＝Ucos(2π×n×Ts×f(n))
式中，U为基波电压，f(n)为瞬时频率；
将V(n)代入S1(n)和S2(n)中并三角分解，得：
式中，ρ＝2π×Ts×f(n)；
所述滤除高频分量的相乘结果为：
所述瞬时频率为：
2.根据权利要求1所述的一种自相关滤波计算电力供电频率的方法，其特征在于，所述一段时间内的电压频率为：
其中，N为该段时间内对应的采样点数量。
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