CN117330834A - 一种基于双重采样的电网谐波含量测试方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于双重采样的电网谐波含量测试方法及***，方法包括以下步骤：设固定采样频率为Z kHz，进行第一重采样并获得第一重采样数据；第一重采样数据进行自相关计算，将所述交流信号转换为纯正弦信号；获取纯正弦信号的周期和频率，根据固定采样频率和电网基波频率对所述交流信号进行第二重采样，获得第二重采样数据；采用所述第二重采样数据进行FFT计算，获取基波以及谐波的含量。***包括电池模块、电参数采集模块、数据处理模块、显示模块以及数据存储模块。本发明解决了现有技术中谐波测试方法所需的计算量大的问题以及测试装置体积变大导致成本提升问题，本发明可提高计算效率，使测试装置小型化。
Description
技术领域
本发明属于电网电能计量技术领域，具体涉及一种基于双重采样的电网谐波含量测试方法及***。
背景技术
目前，部分地区在供电辖区内已布局多处光伏发电装置，光伏发电装置并入电网后，需要测试光伏逆变器输出的电能质量，尤其是逆变器交流侧的谐波含量。
现有技术中，谐波分析常用的方法有频率扫描法、小波分析法、突变理论法以及FFT（快速傅里叶变换）法，目前较为常用的是FFT法。在使用FFT法对电信号进行采样时，如果采样频率固定不变，则被采样信号频率的微小变化就会导致数据窗无法记录整数个的周期，进而出现频谱泄漏以及谐波分析数据出现错误。为解决上述问题常采用的方式是调整窗函数，加长傅里叶时间窗长度或者采用频率自适应的算法，但上述方式都会增大计算量，从而提高对硬件水平的要求，进而增大测试装置的体积和成本。
发明内容
本发明提供了一种基于双重采样的电网谐波含量测试方法及***，解决了现有技术中谐波测试方法所需的计算量大的问题以及测试装置体积变大导致成本提升问题。
一种基于双重采样的电网谐波含量测试方法，包括以下步骤：
设固定采样频率为Z kHz；以所述固定采样频率对交流信号进行第一重采样并获得第一重采样数据；
对所述第一重采样数据进行自相关计算，以将所述交流信号转换为纯正弦信号；
获取所述纯正弦信号的周期和频率，并将所述周期和所述频率分别记作电网基波周期T 0 和电网基波频率f 0；
根据固定采样频率和电网基波频率对所述交流信号进行第二重采样，获得第二重采样数据
采用所述第二重采样数据进行FFT计算，获取基波以及谐波的含量。
进一步地，所述第一重采样数据的计算公式为：
；
其中，s(n)为第一重采样数据，x(n)为基波分量，h(n)为谐波分量。
进一步地，所述第一重采样数据具有N个采样周期，所述基波分量为周期性信号，具有M个采样周期，且。
进一步地，所述第一重采样数据的自相关函数计算公式为：
；
其中，r(m)为所述纯正弦信号。
一种用于实现权利要求1所述方法的***，所述***包括电池模块、电参数采集模块、数据处理模块、显示模块以及数据存储模块。
进一步地，所述电源模块采用锂电池为所述电参数采集模块、数据处理模块、显示模块以及数据存储模块供电。
进一步地，所述电参数采集模块用于将电流互感器的输出信号转化为电压信号，并对所述电压信号进行限幅处理后传输至所述数据处理模块。
进一步地，所述数据处理模块用于接收所述电参数采集模块的输出信号，并对所述输出信号进行模数转换，以获取所述第一重采样数据和所述第二重采样数据中电压和电流所对应的数字量信号；所述数据处理模块可通过所述数字量信号利用FFT法进行谐波分析，并将谐波分析的结果传输至所述显示模块和所述数据存储模块。
进一步地，所述显示模块用于显示所述数据处理模块的谐波分析结果以及对***的参数进行设置。
进一步地，所述数据存储模块用于存储谐波分析结果。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本申请所述的谐波测量方法相较传统FFT谐波测量方法精度更高，又比现有技术中改进后的FFT谐波测量方法计算量更小。
2.本申请所述的***无须对***升级即可基于双重采样实现精确且计算量更小的谐波测量方法，有助于测量设备的小型化，有助于节省设备改造成本。
附图说明
图1为一种基于双重采样的电网谐波含量测试方法流程图；
图2为本申请提供的用于双重采样的电网谐波含量测试的***框架图。
具体实施方式
如附图1所示，一种基于双重采样的电网谐波含量测试方法，包括以下步骤：
设固定采样频率为12.8kHz，以所述固定采样频率对交流信号进行第一重采样并获得第一重采样数据，将第一重采样数据记录为s(n)（n为0~12799），s(n)包括基波分量x(n)和谐波分量h(n)；即，
；
电网周期信号的周期大约为50Hz，采样频率为12.8kHz，因此每个采样频率约包括256个采样周期，因此基波分量具有M个采样周期，M的数值为256。连续采样1s后，共有N个采样周期，因此，可以对第一重采样数据进行自相关计算，以确定被采集电压信号或者电流信号的基频，基频为电网的真实频率；
；
通过自相关计算将所述交流信号转换为纯正弦信号后，获取所述纯正弦信号的周期和频率，并将所述周期和所述频率分别记作电网基波周期T 0 和电网基波频率f 0；以128×f 0为采样频率根据规定采样频率和电网基波频率对所述交流信号进行第二重采样获得第二重采样数据，以该采样率连续采样128个点；
采用所述第二重采样数据进行FFT计算，可以计算出直流分量、基波、2~63次谐波。
如附图2所示，采用基于双重采样的电网谐波含量的测试***包括电池模块、电参数采集模块、数据处理模块、显示模块以及数据存储模块。
电源模块采用锂电池为电参数采集模块、数据处理模块、显示模块以及数据存储模块供电。
电参数采集模块用于将电流互感器的输出信号转化为电压信号，并对电压信号进行限幅处理后传输至数据处理模块。
数据处理模块用于接收电参数采集模块的输出信号，并对输出信号进行模数转换，以获取第一重采样数据和第二重采样数据中电压和电流所对应的数字量信号；数据处理模块可通过数字量信号利用FFT法进行谐波分析，并将谐波分析的结果传输至显示模块和数据存储模块。
显示模块用于显示数据处理模块的谐波分析结果以及对***的参数进行设置。
数据存储模块用于存储谐波分析结果。
以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于双重采样的电网谐波含量测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
设固定采样频率为Z kHz；以所述固定采样频率对交流信号进行第一重采样并获得第一重采样数据；
对所述第一重采样数据进行自相关计算，以将所述交流信号转换为纯正弦信号；
获取所述纯正弦信号的周期和频率，并将所述周期和所述频率分别记作电网基波周期T 0 和电网基波频率f 0；
根据固定采样频率和电网基波频率对所述交流信号进行第二重采样，获得第二重采样数据；
采用所述第二重采样数据进行FFT计算，获取基波以及谐波的含量。
2.根据权利要求1所述的一种基于双重采样的电网谐波含量测试方法，其特征在于，
所述第一重采样数据的计算公式为：
；
其中，s(n)为第一重采样数据，x(n)为基波分量，h(n)为谐波分量。
3.根据权利要求2所述的一种基于双重采样的电网谐波含量测试方法，其特征在于，
所述第一重采样数据具有N个采样周期，所述基波分量为周期性信号，具有M个采样周期，且。
4.根据权利要求3所述的一种基于双重采样的电网谐波含量测试方法，其特征在于，
所述第一重采样数据的自相关函数计算公式为：
；
其中，r(m)为所述纯正弦信号。
5.一种用于实现权利要求1所述方法的***，其特征在于，
所述***包括电池模块、电参数采集模块、数据处理模块、显示模块以及数据存储模块。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，
所述电源模块采用锂电池为所述电参数采集模块、数据处理模块、显示模块以及数据存储模块供电。
7.根据权利要求5所述的***，其特征在于，
所述电参数采集模块用于将电流互感器的输出信号转化为电压信号，并对所述电压信号进行限幅处理后传输至所述数据处理模块。
8.根据权利要求5所述的***，其特征在于，
所述数据处理模块用于接收所述电参数采集模块的输出信号，并对所述输出信号进行模数转换，以获取所述第一重采样数据和所述第二重采样数据中电压和电流所对应的数字量信号；所述数据处理模块可通过所述数字量信号利用FFT法进行谐波分析，并将谐波分析的结果传输至所述显示模块和所述数据存储模块。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，
所述显示模块用于显示所述数据处理模块的谐波分析结果以及对***的参数进行设置。
10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，
所述数据存储模块用于存储谐波分析结果。
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