[发明专利]一种准确测量非正弦电压信号的方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及非正弦电压信号的测量，尤其涉及一种准确测量非正弦电压信号的方法及其系统。

背景技术

由于电力工业的发展，对电网上的谐波的监视与控制受到广泛的重视，进而对电机、家用电器等用电产品提出质量要求，不产生工频以外的谐波分量以污染电网。由此非正弦波的测量受到越来越多的开发应用。目前该领域最好的水平在3×10^-5左右，一般在1×10^-3水平。

由于可编程约瑟夫森电压基准的出现，交流电压有向其溯源的趋势。美国国家计量院NIST提出并实现了正弦波向可编程约瑟夫森电压基准的溯源。具体是采用差分采样技术，测量待测正弦波与一个由可编程约瑟夫森电压基准构成的阶梯波的差值。由于可编程约瑟夫森电压基准有高达10^-10水平的准确度，而两个信号的差值可以控制在一个较小的范围内(如10^-3至10^-2)，因而采样测量的要求如能有(10^-5至10^-6)水平，整体即可达10^-8水平。NIST提出的方法，其中一个重要的思想是把位于过渡过程处采样数据丢弃不用，而把位于平坦的台阶上采样数据保留，用于计算得到测量结果，从而在(60-400)Hz范围内达到了(10^-8～10^-7)水平。

但是上述技术一般只适用于正弦波，用于非正弦波存在欠缺。这是因为正弦波与阶梯波的差分中，由于阶梯起始部分过渡过程的存在，使测量产生较大的误差，为此他们将位于过渡过程的采样丢弃，而把平坦部分的采样留下，即丢一半，留一半。如果阶梯波有n个台阶的话，那么留下n个采样。按照采样定理，可以分析至n/2次谐波，这对非正弦波测量是不够的。

发明内容

本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。

为克服现有技术的问题，本发明提供一种准确测量非正弦电压信号的方法及其系统，以多点离散傅里叶变换为基础计算得到相应的伪正弦系数a'_k和伪余弦系数b'_k，并对该结果以矩阵关系式加以校正，计算k次谐波中的真正弦系数a_k和真余弦系数b_k，最终得到各次谐波的幅值和相角。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种准确测量非正弦电压信号的方法，其特征在于，包括步骤：

S1、根据待测的非正弦波信号的采样值，确定n个阶梯波台阶的电压值；

S2、根据n个该阶梯波台阶的电压值产生阶梯波信号，将该非正弦波信号与该阶梯波信号做等间隔差分采样，得出差分值，其中每个该阶梯波台阶上有m个采样点；

S3、将该差分值与该阶梯波台阶的电压值相加，在第k次谐波中，对每个该阶梯波台阶上从第s到第t个的采样点进行离散傅立叶变换计算，再将所有该离散傅立叶变换计算的结果进行平均计算得到相应的伪正弦系数a'_k和伪余弦系数b'_k，其中s、t满足条件t-s+1＝m/2,且t+s＝m；

S4、计算第k次谐波中的真正弦系数a_k和真余弦系数b_k；其中该真正弦系数a_k与伪正弦系数a'_k满足方程组(1)，该真余弦系数b_k与伪余弦系数b'_k满足方程组(2)，解这两个方程组，即可获得该真正弦系数a_k和真余弦系数b_k；