專利名稱：一種基波頻率的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于混合信號處理領(lǐng)域，特別涉及一種基波頻率測量方法。
技術(shù)背景在電力系統(tǒng)中，對電網(wǎng)基波頻率的測量是最基本的測量量之一。目前采用比較廣 泛的是等精度測頻法(多周期同步測量法)，這種方法具有測量精度高、測量精度不 隨被測信號的變化而變化的特點(diǎn)。但這種方法需要的硬件開銷大，且同步電路結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，易造成誤觸發(fā)，可靠性不高。在頻率測量領(lǐng)域，相位信息法因其能較好的跟蹤動態(tài)變化頻率，能貼切反映頻率 變化規(guī)律，所以也被很多人所采用。求取相位信息主要有兩類方法反余弦法和反正 切法。反余弦法受值域限制，條件苛刻，對噪聲非常敏感，故往往通過反正切法來求 取信號的相位信息，而此方法需要構(gòu)造正交信號。構(gòu)造正交信號的方法有多種， 一個比較直接的方法是龐浩等人2003年發(fā)表在《電網(wǎng)技術(shù)》上的"基于Hilbert移項(xiàng)濾 波的全數(shù)字鎖相環(huán)"，其原理為它將輸入信號x0t)經(jīng)過兩個夾角為90的Fl和F2兩 個移項(xiàng)濾波器，輸出的時域信號乂(W和hOt)就是所要的兩個關(guān)于輸入的正交信號。 但該算法對諧波和噪聲比較敏感，在惡劣條件下無法得到精度高的頻率測量結(jié)果。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種基波頻率的測量方法。該 方法基于相位信息法，在某一個采樣頻率下對信號采樣，并且由數(shù)字電路構(gòu)造與輸入 信號相關(guān)的兩個正交信號，通過反正切及其他相關(guān)處理求得基波頻率，并且利用基波 頻率測量結(jié)果調(diào)整信號的釆樣頻率，增加了基波頻率測量的穩(wěn)定性和可靠性。本發(fā)明提出的一種基波頻率的測量方法，其特征在于，該方法包括以下步驟i)在y;的采樣頻率下對信號采樣，得到第k時刻的數(shù)字輸入信號v("如式(i)所示v(A) = Z4 cos(2x;rx"x, x — + 0")..................... (1) =i X式中A=0、 1、 2…，々.為正整數(shù)；4表示第"次諧波的幅度；"是圓周率；"表 示信號中所包含諧波的次數(shù)；Z表示輸入信號的基波頻率；乂表示采樣頻率；么表示 第w次諧波的初相位；設(shè)/e為基波頻率,的初始值，設(shè)采樣頻率/,為/。的AM咅且與采樣頻率乂的關(guān)系如式(2)所示，其中iV為一個正整數(shù)，艮卩根據(jù)式(2),構(gòu)造兩個頻率為輸入信號基波頻率初始值乂的正交信號；■ssin(A;) = sin(2x;rx/0x，).......................................... (3)its咖W"os(2x"/oX7)(4)2)利用(3)、 (4)的兩個正交的信號與式(1)的輸入信號v(yt)相乘得到式(5) 和(6):v("x、(》2;丄x4x[sin(2x;rxAzZ^A由A) + cos(2mAl^iA由A)]...<formula>formula see original document page 5</formula>5)K" X U W = 4 X [COS(2環(huán)AZ^lAx * + + — x " x A±￡!lAx & +...............(6)3) 對步驟2)所得式(5)、 (6)的信號做低通濾波處理，濾除其中的高頻成分， 得到與輸入信號相關(guān)的正交信號，如式(7)和式(8)所示會x4xsin(2x;rx,乂 xA: + ^)........................... (7)1 /" — /"^x4xcos(2x;rx"70, xA: + ^)........................... (8)4) 對步驟3)得到的與輸入相關(guān)的正交信號(7)、 (8)進(jìn)行反正切計算，得到第 k時刻與輸入信號相關(guān)的相位信息，如公式(9)所示2x;rx(/。-y;)x， + ^.................................... (9)對式(9)的相位信息求差分可得<formula>formula see original document page 5</formula>10)對式(10)做變換可得信號的基波頻率<formula>formula see original document page 5</formula>此外，為了避免測頻結(jié)果受到信號瞬變的影響，式(11)可以用式(12)實(shí)現(xiàn)，它可以穩(wěn)定基波測頻的輸出yiw-^w+pJ^x""..............................(12)2x;r式中p是調(diào)節(jié)系數(shù)；y;(fc)表示第k時刻經(jīng)過調(diào)節(jié)的基波頻率測量輸出； 調(diào)節(jié)系數(shù)p越大，,Ot)收斂越快，對頻率的變化反應(yīng)越敏感，因此越容易受到信號波形突變的影響；反之，調(diào)節(jié)系數(shù);7越小，/(A:)收斂越慢，對頻率的變化反應(yīng)越 遲鈍，因此對信號波形突變有一定的抑制能力。在實(shí)際應(yīng)用中p的取值在0到1.0之 間；最好設(shè)在O. 1到0.3之間。5)判斷式(11)所得的信號基波頻率是否使式(10)的結(jié)果為零，若是，得到 的/;(A:)就是最終的基波頻率測量結(jié)果；否則利用式(12)所得的信號基波頻率改變 采樣頻率，使得,(A:)-iVxy;(";并以這個采樣頻率對信號重新采樣，重復(fù)2)、 3)、4), 5)。當(dāng)式(io)的結(jié)果為零，即/。(w-y;(A:)，此時得到的y;ofc)就是最終的基波 頻率測量結(jié)果。本發(fā)明提出的基波頻率測量方法，它具有穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、測量精度高 的特點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合本發(fā)明方法在電力系統(tǒng)中基波頻率測量的應(yīng)用詳細(xì)介紹它的具體實(shí)施 方式。本方法的實(shí)施例包括以下的步驟1):在電力系統(tǒng)中，中國的國家標(biāo)準(zhǔn)是/。-50Hz，可將其設(shè)定為實(shí)際電網(wǎng)的基<formula>formula see original document page 6</formula>即實(shí)際電網(wǎng)的基波頻率,-52.125Hz，幅度^=1.0，初相位^=;，并且含有3次諧波，3次諧波的幅度4=0.1,初相位-3=|。為了得到基波的實(shí)際頻率值，必須得求出信號所包含的相位信息，而相位信息需 i通過反正切運(yùn)算，所以構(gòu)造可以進(jìn)行反正切運(yùn)算的正交信號是問題的關(guān)鍵。在采樣頻率/s = 64x50Hz下根據(jù)式(3)和式(4)產(chǎn)生頻率為標(biāo)準(zhǔn)頻率/。 = 50Hz 的一對正交信號(即和64):<formula>formula see original document page 7</formula>在硬件實(shí)現(xiàn)時'需要16點(diǎn)存儲值；2):用式(14)、 (15)與式(13)輸入信號vOt)分別相乘，此時得到的信號可以分別表達(dá)為<formula>formula see original document page 7</formula>3) :在式(16)和(17)中，對輸入信號基波頻率計算有用的信息包含在一2. 125Hz的頻率成分中，其他的高頻成分都是無用的信息。本實(shí)施例通過一個低通濾波器來濾除這些高頻成分，因此經(jīng)過低通濾波器之后的信號和x2(A)可以表達(dá)為<formula>formula see original document page 7</formula>它們就是一對關(guān)于輸入信號的正交信號。4) :對正交信號(18)和(19)求反正切運(yùn)算，得到第k時刻的瞬時相位，然后 對相位信息求差分，.取/ = 0.3，經(jīng)過式(ll)， (12)操作之后即可測頻輸出值的測量 值yj =50+0: 3X2. 125 = 50. 6375Hz。5) :將4)中的測頻輸出值反饋給控制ADC釆樣的年片機(jī)，使其給ADC的采樣脈 沖潁率滿足/, = iVx/ ，即,趨近于50. 6375X64ftz,此時/。(" =50. 6375Hz。重復(fù)2)、 3)、 4)、 5)，當(dāng)判據(jù)式(10)小于1(T時，認(rèn)為系統(tǒng)已穩(wěn)定，最終可以得到系統(tǒng)基波 頻率測量結(jié)果為52.1249978Hz。該算法測頻的絕對誤差小于0. 000003Hz,完全能滿足電能計量中對測頻的精度要凌。
權(quán)利要求
1、一種基波頻率的測量方法，其特征在于，包括以下的信號處理1)在fs的采樣頻率下對信號采樣，得到第k時刻的數(shù)字輸入信號v(k)如式(1)所示
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基波頻率的測量方法，屬于混合信號處理領(lǐng)域，該方法包括在采樣頻率f_s下對輸入信號采樣得到數(shù)字信號v(k)，并且設(shè)采樣頻率f_s為基波頻率f₁設(shè)定的初始值f₀的N倍，構(gòu)造兩個頻率為輸入信號基波頻率的理想值的正交信號；兩個正交的信號與輸入信號v(k)相乘得到信號做低通濾波處理，濾除其中的高頻成分，得到關(guān)于與輸入信號相關(guān)的正交信號，經(jīng)過反正切計算，得到第k時刻關(guān)于與輸入信號相關(guān)的相位信息，對相位信息求差分做變換可得信號的基波頻率，再根據(jù)基波頻率測量結(jié)果調(diào)整采樣頻率f_s，使得系統(tǒng)成為一個反饋閉環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定時的基波頻率就是最終的輸出結(jié)果。本發(fā)明具有穩(wěn)定性好和測頻精度高的特點(diǎn)。
文檔編號G01R23/00GK101221201SQ200810056840
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者昆 楊, 王榮華, 譚年熊, 門長有 申請人:杭州萬工科技有限公司;萬高(杭州)科技有限公司;北京萬工科技有限公司