[发明专利]一种实时高精度的电力谐波分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统中的谐波分析领域，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系统的基波频率，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f_s对电力系统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f_x，利用所述可变采样频率f_x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）中对电力系统电网信号进行采样所采用的固定采样频率f_s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f_x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f_x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，满足电力系统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f_s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f_s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f_x，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f_x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。