本發(fā)明涉及數(shù)據處理領域，更具體地，涉及一種應用于電力系統(tǒng)繼電保護裝置的用于處理電氣數(shù)據的方法。

背景技術：
電力系統(tǒng)是影響國計民生的重大系統(tǒng)，而保持其長期處于安全穩(wěn)定可靠的運行是繼電保護裝置的職責。繼電保護裝置需要實時采集電力系統(tǒng)中的電氣數(shù)據，進而進行分析處理，最終使得控制裝置根據處理結果進行動作。而由于普通市電是三相交流電，因此，繼電保護裝置需要采集正弦波形的原始數(shù)據，且該原始數(shù)據一般是以離散瞬時數(shù)據的形式存在，為了便于進一步分析電氣波形數(shù)據，計算出波形數(shù)據的頻率及將瞬時值轉換為相量值，是繼電保護裝置中最常見的數(shù)據處理手段?，F(xiàn)有的應用于繼電保護裝置中的計算正弦波形數(shù)據的相量和頻率的方法，一般采用傅里葉算法：先選定一定時間窗口的數(shù)據，然后對該段數(shù)據用傅立葉算法求出各諧波分量的幅值和相角，取具有最大幅值分量的諧波頻率作為該段波形的頻率，然后選取最大幅值分量和其相角構成相量，也可選特定頻率(如工頻50Hz)的諧波分量的幅值和相角構成相量。具體如下：一個周期函數(shù)滿足狄里赫利條件，就可以將這個周期函數(shù)分解為一個級數(shù)，最為常用的級數(shù)是傅里葉級數(shù)，傅氏算法的基本思路來自傅里葉級數(shù)，即一個周期性函數(shù)可以分解為直流分量、基波分量及各次諧波的無窮級數(shù)，如式中w1表示基波角頻率；an和bn分別是各次諧波的正弦和余弦的幅值，其中比較特殊的有：b0表示直流分量，a1,b1表示基波分量正、余弦項的幅值。根據傅氏級數(shù)的原理，可以求出an、bn分別為于是n次諧波電流分量可表示為in(t)＝bncos(nw1t)+ansin(nw1t)(1.4)據此可求出n次諧波電流分量的有效值和相角為其中an、bn可用梯形積分法近似求出為式中，N——基波信號1周期采樣點數(shù)；ik——第k次采樣值；i0,iN——k＝0和k＝N時的采樣值。求出基波分量(n＝1)的實部和虛部a1,b1，即可求出信號的幅值。當采樣頻率為600Hz時，取w1Ts＝30°(N＝12)，基波正、余弦的系數(shù)如下表所示，于是可得到式(1.8)和(1.9)的采樣計算公式為式中i0,i1,i2,...,i12—k＝0,1,2,...,12時刻的采樣值?；ㄕ液陀嘞业南禂?shù)(N＝12時)但是，現(xiàn)有傅里葉算法有如下的缺陷：該算法一般針對特定頻率或頻段的波形數(shù)據，對變頻率或未知頻率的波形數(shù)據的處理非常困難。原因在于：1、需要指定數(shù)據窗長度，而長度與頻率是相關的，數(shù)據窗時間長度一般大于等于2倍的周期(頻率的倒數(shù))，但又不能太長，以免提取的數(shù)據失真。2、計算量太大，如果波形數(shù)據是未知頻率，則需要提取多個諧波分量，來先確定頻率，在頻率波動范圍特別大的情況下，幾乎不可能實現(xiàn)。3、波形頻率如果是在變化過程當中，必須采取頻率跟蹤的方式進行處理，當前傅里葉算法并不具備頻率跟蹤功能。故傅里葉算法通常適用于固定已知頻率數(shù)據的處理。4、傅里葉算法過于復雜，運用于工程計算領域時，需要高速的專用數(shù)字處理芯片才能處理。不便于在需要實時性的普通電腦程序、或簡單的單片機等電子設備上應用。

技術實現(xiàn)要素：
針對上述缺點，本發(fā)明采取了以下的方法來進行改進：一種變頻率正弦波形數(shù)據的頻率和相量提取計算方法，包括以下步驟：步驟1、從離散波形數(shù)據集D中找到正負穿越的數(shù)據點的位置并標注在位置數(shù)據集P中，具體包括步驟1.1-1.7；步驟1.1、獲取數(shù)據集D中包含的數(shù)據點的個數(shù)DN；步驟1.2、設i為當前要查找的數(shù)據集D中數(shù)據點的位置，初始值為1；步驟1.3、設j為位置數(shù)據集P中位置數(shù)據的當前位置，初始值為1；步驟1.4、判斷是否Di、Di+1是否滿足以下條件：Di×Di+1≤0且Di≠Di+1；Di為數(shù)據集D中位置為i的數(shù)據點；步驟1.5、若步驟1.4判斷結果為“是”，則標注i位置為穿越數(shù)據點位置，并令位置數(shù)據集的位置數(shù)據Pj＝i，i＝i+2,j＝j+1,并跳轉到步驟1.7；若步驟1.4判斷結果為“否”則執(zhí)行步驟1.6；步驟1.6、i＝i+1；步驟1.7、判斷i是否滿足以下條件：i≤DN-1，若“是”跳轉到步驟1.4；若“否”則執(zhí)行以下步驟；步驟2、從標注的位置數(shù)據集P中篩除無效的位置數(shù)據，具體包括步驟2.1-2.5；步驟2.1、獲取位置數(shù)據集P中包含位置數(shù)據的個數(shù)PN；步驟2.2、設i為當前要查找的位置數(shù)據集P中位置數(shù)據的位置，初始值為1；步驟2.3、判斷位置數(shù)據Pi+1、Pi是否滿足以下條件：Pi+1-Pi≤2，若“是”則Pi+1位置被認為是數(shù)據突變，做無效數(shù)據處理，從位置數(shù)據集P中刪除位置數(shù)據Pi+1，轉到步驟2.4；若“否”則跳轉到步驟2.5；步驟2.4、獲取位置數(shù)據集P中包含的數(shù)據個數(shù)PN，判斷i是否滿足以下條件：i≤PN-1，若“是”跳轉到步驟2.3，若“否”跳轉到步驟3；步驟2.5、i＝i+1，判斷i是否滿足以下條件：i≤PN-1，若“是”跳轉到步驟2.3，若“否”跳轉到步驟3；步驟3、獲取計算位置數(shù)據集P中位置數(shù)據的個數(shù)PN；步驟4、設k初始值＝1，取數(shù)據集D中Pk至Pk+1位置之間的數(shù)據段進行分析，具體包括步驟4.1-4.3；步驟4.1、設k＝1；步驟4.2、取出Pk、Pk+1的數(shù)值x，y；步驟4.3、將數(shù)據集D中數(shù)據區(qū)間Dx至Dy的數(shù)據放至數(shù)據集E中，在數(shù)據集E中形成數(shù)據段；步驟5、根據Pk、Pk+1及離散波形數(shù)據集D的數(shù)據采樣率DHz，計算出數(shù)據集E中數(shù)據段的頻率Ef，并將Ef放入頻率數(shù)據集Fset中，具體包括步驟5.1-5.3；步驟5.1將已知的離散波形數(shù)據集D的數(shù)據采樣率定義為DHz，則數(shù)據集E中數(shù)據段的頻率Ef＝DHz/(y-x)；步驟5.2獲取數(shù)據集E中數(shù)據的個數(shù)EN；步驟5.3頻率數(shù)據集Fset中增加EN個數(shù)據，放至頻率數(shù)據集Fset當前最后一個數(shù)據之后，增加的每個數(shù)據值均為Ef；步驟6、比較得出數(shù)據集E中數(shù)據的最大值或最小值并作為幅值M，由M、Ef形成擬合正弦曲線數(shù)據集S，并與數(shù)據集E結合形成修正值集X，具體包括步 驟6.1-6.3；步驟6.1、比較數(shù)據集E中每個數(shù)據的大小，取得最大值Emax、最小值Emin，比較兩者的絕對值|Emax|和|Emin|，當|Emax|>|Emin|時，取幅值M＝Emax，當|Emax|≤|Emin|時，取幅值M＝Emin；步驟6.2、計算數(shù)據集S，S中數(shù)據的個數(shù)等于EN，設i屬于1-EN中的任一值，則數(shù)據集S中任一個數(shù)據Si的值可由下式求取：Si＝M×Sin(2×π×Ef+π/EN)，從1-EN依次計算出S1－SEN；步驟6.3、計算修正值集X，設i屬于1-EN中的任一值，則Xi＝(Ei+Si)/2，從1-EN依次計算出X1－XEN；步驟7、由修正值Xi及幅值M形成相量Q，并放入相量數(shù)據集Qset中，具體包括步驟7.1-7.7；步驟7.1、設幅值M所在位置Z＝EN/2；步驟7.1、設i初始值為1；步驟7.2、相量的實部步驟7.3、若i≥Z且M>0,或i≤Z且M<0,則R取負值即R＝R×(-1)，否則R取正值；步驟7.4、相量的虛部I＝Xi；步驟7.4、相量Q＝R+j×I，j為虛數(shù)符號；步驟7.5、向相量數(shù)據集Qset新增一個向量Q，放至相量數(shù)據集Qset當前最后一個數(shù)據之后；步驟7.6、i＝i+1；步驟7.7、判斷i是否滿足以下條件i≤EN，若“是”跳轉到步驟7.2；若“否”則執(zhí)行以下步驟；步驟8、k值加1，并檢測位置數(shù)據集P是否已提取完，即k＝PN，具體包括步驟8.1-8.2；步驟8.1、k＝k+1；步驟8.2、判斷k是否滿足以下條件：k＝PN，若"否"轉到步驟4.2；若“是”則結束。本發(fā)明可以計算出任意變化頻率的正弦波形數(shù)據的頻率，并實現(xiàn)跟隨頻率的變化將瞬時值轉換為相量值。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：1、不需要數(shù)據窗，可以對數(shù)據進行連續(xù)順序處理，只要數(shù)據有周期性波動特性即可完成計算。2、采用正負穿越法來檢測和判斷一個頻率周期，并能拋棄無效的干擾數(shù)據。從而獲得數(shù)據的頻率，并能獲得該頻率周期內數(shù)據的起點和終點。該法適用于任一頻率的數(shù)據，且頻率可變化，實現(xiàn)了頻率的快速跟蹤。無需使用傅里葉算法對數(shù)據進行分解。3、根據測到的頻率周期和周期內包含的數(shù)據點，可根據周期內的最大值，形成正弦擬合曲線，通過與原始數(shù)據結合，獲取與原始數(shù)據最接近的相量值。該法不依賴于特定頻率諧波量幅值及其相位的提取，通過直接對數(shù)據的擬合實現(xiàn)快速的相量計算。有一定的誤差，但滿足工程需要，且計算量小，速度非?？?。4、以上算法簡單、快速、高效，具有很高強的實時性。附圖說明圖1為變頻率正弦波形數(shù)據的頻率和相量提取計算方法的流程示意圖。具體實施方式附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；以下結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的闡述。實施例1如圖1所示，變頻率正弦波形數(shù)據的頻率和相量提取計算方法包括以下步驟：步驟1、從離散波形數(shù)據集D中找到正負穿越的數(shù)據點的位置并標注在位置數(shù)據集P中，具體包括步驟1.1-1.7；步驟1.1、獲取數(shù)據集D中包含的數(shù)據點的個數(shù)DN；步驟1.2、設i為當前要查找的數(shù)據集D中數(shù)據點的位置，初始值為1；步驟1.3、設j為位置數(shù)據集P中位置數(shù)據的當前位置，初始值為1；步驟1.4、判斷是否Di、Di+1是否滿足以下條件：Di×Di+1≤0且Di≠Di+1；Di為數(shù)據集D中位置為i的數(shù)據點；步驟1.5、若步驟1.4判斷結果為“是”，則標注i位置為穿越數(shù)據點位置，并令位置數(shù)據集的位置數(shù)據Pj＝i，i＝i+2,j＝j+1,并跳轉到步驟1.7；若步驟1.4判斷結果為“否”則執(zhí)行步驟1.6；步驟1.6、i＝i+1；步驟1.7、判斷i是否滿足以下條件：i≤DN-1，若“是”跳轉到步驟1.4；若“否”則執(zhí)行以下步驟；步驟2、從標注的位置數(shù)據集P中篩除無效的位置數(shù)據，具體包括步驟2.1-2.5；步驟2.1、獲取位置數(shù)據集P中包含位置數(shù)據的個數(shù)PN；步驟2.2、設i為當前要查找的位置數(shù)據集P中位置數(shù)據的位置，初始值為1；步驟2.3、判斷位置數(shù)據Pi+1、Pi是否滿足以下條件：Pi+1-Pi≤2，若“是”則Pi+1位置被認為是數(shù)據突變，做無效數(shù)據處理，從位置數(shù)據集P中刪除位置數(shù)據Pi+1，轉到步驟2.4；若“否”則跳轉到步驟2.5；步驟2.4、獲取位置數(shù)據集P中包含的數(shù)據個數(shù)PN，判斷i是否滿足以下條件：i≤PN-1，若“是”跳轉到步驟2.3，若“否”跳轉到步驟3；步驟2.5、i＝i+1，判斷i是否滿足以下條件：i≤PN-1，若“是”跳轉到步驟2.3，若“否”跳轉到步驟3；步驟3、獲取計算位置數(shù)據集P中位置數(shù)據的個數(shù)PN；步驟4、設k初始值＝1，取數(shù)據集D中Pk至Pk+1位置之間的數(shù)據段進行分析，具體包括步驟4.1-4.3；步驟4.1、設k＝1；步驟4.2、取出Pk、Pk+1的數(shù)值x，y；步驟4.3、將數(shù)據集D中數(shù)據區(qū)間Dx至Dy的數(shù)據放至數(shù)據集E中，在數(shù)據集E中形成數(shù)據段；步驟5、根據Pk、Pk+1及離散波形數(shù)據集D的數(shù)據采樣率DHz，計算出數(shù)據集E中數(shù)據段的頻率Ef，并將Ef放入頻率數(shù)據集Fset中，具體包括步驟5.1-5.3；步驟5.1將已知的離散波形數(shù)據集D的數(shù)據采樣率定義為DHz，則數(shù)據集E中數(shù)據段的頻率Ef＝DHz/(y-x)；步驟5.2獲取數(shù)據集E中數(shù)據的個數(shù)EN；步驟5.3頻率數(shù)據集Fset中增加EN個數(shù)據，放至頻率數(shù)據集Fset當前最后一個數(shù)據之后，增加的每個數(shù)據值均為Ef；步驟6、比較得出數(shù)據集E中數(shù)據的最大值或最小值并作為幅值M，由M、Ef形成擬合正弦曲線數(shù)據集S，并與數(shù)據集E結合形成修正值集X，具體包括步 驟6.1-6.3；步驟6.1、比較數(shù)據集E中每個數(shù)據的大小，取得最大值Emax、最小值Emin，比較兩者的絕對值|Emax|和|Emin|，當|Emax|>|Emin|時，取幅值M＝Emax，當|Emax|≤|Emin|時，取幅值M＝Emin；步驟6.2、計算數(shù)據集S，S中數(shù)據的個數(shù)等于EN，設i屬于1-EN中的任一值，則數(shù)據集S中任一個數(shù)據Si的值可由下式求?。篠i＝M×Sin(2×π×Ef+π/EN)，從1-EN依次計算出S1－SEN；步驟6.3、計算修正值集X，設i屬于1-EN中的任一值，則Xi＝(Ei+Si)/2，從1-EN依次計算出X1－XEN；步驟7、由修正值Xi及幅值M形成相量Q，并放入相量數(shù)據集Qset中，具體包括步驟7.1-7.7；步驟7.1、設幅值M所在位置Z＝EN/2；步驟7.1、設i初始值為1；步驟7.2、相量的實部步驟7.3、若i≥Z且M>0,或i≤Z且M<0,則R取負值即R＝R×(-1)，否則R取正值；步驟7.4、相量的虛部I＝Xi；步驟7.4、相量Q＝R+j×I，j為虛數(shù)符號；步驟7.5、向相量數(shù)據集Qset新增一個向量Q，放至相量數(shù)據集Qset當前最后一個數(shù)據之后；步驟7.6、i＝i+1；步驟7.7、判斷i是否滿足以下條件i≤EN，若“是”跳轉到步驟7.2；若“否”則執(zhí)行以下步驟；步驟8、k值加1，并檢測位置數(shù)據集P是否已提取完，即k＝PN，具體包括步驟8.1-8.2；步驟8.1、k＝k+1；步驟8.2、判斷k是否滿足以下條件：k＝PN，若"否"轉到步驟4.2；若“是”則結束。顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明 的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明權利要求的保護范圍之內。