[发明专利]一种电网电压谐波的实时检测装置

说明书

本发明公开了一种电网电压谐波的实时检测装置，本发明涉及电压谐波检测技术领域，本发明包括快速傅里叶变换(FFT)模块和双谱线插值算法，对被测信号进行时域的信号变化到频域处理，然后通过三点查找频率峰值的方式，分析出各个频率点的频率和幅度的大小，采用β＝4π的凯瑟琳窗对信号进行加窗处理，运用双谱线插值算法来修正因频域离散而产生的频率精度，本发明利用傅里叶变换来分析电网中电压的频率成分和所占的百分比，通过检测电网中电压谐波的频率成分和幅度的大小，为电网谐波的治理提供数据。

技术领域

一种电网电压谐波的实时检测装置，是利用傅里叶变换来分析电网中电压的频率成分和所占的百分比，通过检测电网中电压谐波的频率成分和幅度的大小，为电网谐波的治理提供数据，本发明涉及电压谐波检测技术领域。

背景技术

模拟滤波器的方法是最早出现的电能谐波检测方法，其进行谐波检测的原理是使用滤波器滤除要检测的谐波以外的其他频率成份，从而得到要检测的谐波频率成份；模拟滤波器检测方法其较好的地方在于易实现和结构简单，但也有很多不可忽略的缺陷，比如检测的结果误差巨大，实时性较差，电网基波频率可变，如果使用固定频率的滤波器可能会滤除想测量的谐波，从而导致得到错误的测量结果。

随着科技的发展，有很多的技术被发展起来了，其中人工神经网络就是其中的佼佼者；神经网络主要原理就是模拟动物的神经细胞，然后进行大样本训练，使其具有记忆和学习能力，人工神经网络能根据采集到样本来改进自身的神经网络的权值，使其能根据实际情况来不断的学习，以适应电网中电流或电压的变化，但是人工神经仍有很多缺陷，如需要大量的样本才能保证结果的精确性、计算量庞大、处理数据的速度不占有优势等。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种电网电压谐波的实时检测装置，实时的检测电压谐波数据和可以适应实际的电网电压频率变化；本发明可以在0.25秒内完成一组电压谐波数据的更新，当电网电压频率成分在0到2000HZ以内并且彼此之间的频率间隔大于25HZ以上时，均可以分辨出各个谐波成分。

本发明采用的技术方案如下：一种电网电压谐波的实时检测装置，包括快速傅里叶变换(FFT)模块和双谱线插值算法，对被测信号进行时域的信号变化到频域处理，然后通过三点查找频率峰值的方式，分析出各个频率点的频率和幅度的大小，采用β＝4π的凯瑟琳窗对信号进行加窗处理，运用双谱线插值算法来修正因频域离散而产生的频率精度。

本发明的工作原理为：对电网强电信号分析处理，首先要使用传感器把强电信号转化为峰值为2V的交流弱电信号和对信号进行滤波、补偿，然后，对弱电信号进行采集并且传入到FPGA中，最后，在FPGA和单片机中进行信号的处理、分析并且把分析的结果传入电脑中显示，具体是先使用电压采集模块把电网220V电压转化为峰值为2v的交流信号，然后使用ad转化器把模拟信号转化为数字信号，再然后使用FPGA芯片执行加窗和FFT变换，最后在单片机上执行双谱线插值算法并进行显示。(FFT变换包括信号从时域变换到频域，加窗是抑制FFT变换时产生的频谱泄露问题，双谱线插值算法是抑制FFT变换带来的栅栏效应和信号采集带来的非同步采样带来的频率精度问题)

可选的，所述查找频率峰值的方式采用三点查找频率峰值，当连续的三个频率点满足第一个频率点和第三个频率点小于第二个频率点并且第二个频率点的值大于一个临界值，则认为查找到了一个频率的峰值。

可选的，所述加窗处理由kaiser窗产生单元和乘法单元组成，其中kaiser窗产生单元主要由地址产生器和储存有kaiser窗函数的ROM组成，在这个模块中，当clk_en1为高时，地址发生器就会产生地址，以供ROM储存器使用输出窗函数的值和输入值做乘法运算完成加窗操作，其中，doutb是输入的数据，clk_en1是地址发生器使能信号，addra是地址发生器产生的地址，douta是根据地址信号产生的窗函数幅度值，win_ad是加窗后的输入数据。