[发明专利]一种电网电压电流谐波分析方法及其系统

说明书

一种电网电压电流谐波分析方法及其系统，AD转换器对输入电压信号进行采样，二次虚拟采样单元以虚拟采样周期s对第一次采样数据进行二次采样，频谱分析单元利用FFT算法对数据进行分析得到电压信号的频谱，频谱泄漏估算单元扫描并累加频谱中工频信号及其谐波以外的所有谱线，即得到频谱总能量泄漏d，虚拟采样周期调节单元根据频谱泄漏对虚拟采样周期s进行调整；本发明利用简单的固定硬件电路，实现对工频信号频率漂移的自适应，进而保证分析结果的频谱泄漏最小。

技术领域

本发明属于电网信号检测与信号分析技术领域，尤其是一种电网电压电流谐波分析方法及其系统。

背景技术

电网信号的谐波分析是电力系统供电质量监测的重要内容，广泛应用于输变电、配电等各个环节。当前，电网信号在线谐波分析的基本方式是快速傅立叶变换(FFT)算法。该算法应用中有一个基本限制，输入数据的数量必须为2^N。但电网频率并非恒定，当前我国电网标准中允许电网频率最大存在0.5Hz的误差。因此在一定采样周期条件下，采样数据对应的2^N次采样的时间窗口可能并非输入信号周期的整数倍，特别是电网信号频率发生波动时，即便是精心调整后的采样系统也会与输入信号失配。利用这样的采样数据进行FFT必定会产生一定的频谱泄漏，造成谐波分析误差。

为了减小频谱泄漏，提高分析精度，常见的解决方法包括：利用一定的采样窗函数替代简单的矩形窗函数。通常可选的窗函数有汉宁窗、海明窗、开赛窗等，针对不同的信号形式，合理选择窗函数的形式可在一定程度上改善频谱泄漏，提高分析精度，但并不能从根本上解决频谱泄漏的问题，性能改善的程度有限。

利用锁相环(PLL)的窄带跟踪能力获得与输入信号基波分量同频的基准信号，并做2^N/m倍频后作为采样触发信号，保证2^N次采样窗口的时间总是输入信号基波周期的m倍，以此获得最小的频谱泄漏。此方法可从根本上解决频谱泄漏的问题，但PLL结构较复杂，增加了系统成本。当输入信号频率发生变化时PLL的跟踪速度较低，频谱分析的动态误差较大，同时由于PLL频率跟踪速度和范围的限制，当输入信号频率变化范围较大时将出现失锁，丧失自动跟踪能力。

发明内容

针对现有技术谐波分析过程中都存在缺点和局限性，本发明所提出的一种电网电压电流谐波分析方法及其系统，通过对采样数据进行二次等效采样实现同步采样的谐波分析，利用简单的固定硬件电路，实现对工频信号频率漂移的自适应，进而保证分析结果的频谱泄漏最小。

本发明所采用的技术方案如下：

一种电网电压电流谐波分析方法，包括以下步骤：

S1，利用固定频率采样信号控制AD转换器对输入电压信号进行采样，第一次采样数据为D＝[D₀,D₁,…,D_n-1]；

S2，二次虚拟采样单元以虚拟采样周期s对第一次采样数据进行二次采样，虚拟采样后得到的数据为

S3，频谱分析单元利用FFT算法对数据进行分析得到电压信号的频谱

P＝[P₀,P₁,…,P_m-1]；

S4，频谱泄漏估算单元扫描并累加频谱中工频信号及其谐波以外的所有谱线，即得到频谱总能量泄漏d；

S5，虚拟采样周期调节单元根据总能量泄漏对虚拟采样周期s进行调整；

S6，虚拟采样周期s调整后，重复步骤S1-S5，循环的终止条件为|s_k|＜Δs_th，其中，Δs_th为预先设置的误差限值。

进一步，所述虚拟采样根据下式进行虚拟采样：