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基于頻譜極值點(diǎn)的電網(wǎng)基波頻率檢測(cè)方法及裝置與流程

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基于頻譜極值點(diǎn)的電網(wǎng)基波頻率檢測(cè)方法及裝置與制造工藝

本發(fā)明涉及電網(wǎng)頻率測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域,更具體的,涉及一種基于頻譜極值點(diǎn)的電網(wǎng)基波頻率檢測(cè)方法及裝置。



背景技術(shù):

電網(wǎng)基波頻率是影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素,是衡量電能指標(biāo)的要素之一。GB/T15945-2008《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》對(duì)電網(wǎng)的頻率及偏差給出了明確規(guī)定:電網(wǎng)基波頻率的標(biāo)稱(chēng)值為50Hz,頻率偏差限值為±0.2Hz,當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)可以放寬到±0.5Hz。同時(shí)還給出了電網(wǎng)基波頻率測(cè)量的取樣時(shí)間是1s、3s或10s,以及測(cè)量精度是0.01Hz的要求。隨著數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,基于數(shù)字信號(hào)處理算法的頻率測(cè)量得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,離散傅立葉變換DFT和快速傅立葉變換FFT作為經(jīng)典的數(shù)字濾波算法之一,目前在電氣信號(hào)頻率測(cè)量乃至電參量檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。在采樣頻率和數(shù)據(jù)窗選擇合適的情況下,DFT和FFT能準(zhǔn)確求出電網(wǎng)頻率。

DFT或FFT分離信號(hào)的基波及各次諧波分量,從而得到信號(hào)的基波頻率。由于DFT或FFT方法具有內(nèi)在的時(shí)域加窗和頻域采樣特性,當(dāng)采樣不同步時(shí),會(huì)產(chǎn)生頻譜泄漏和柵欄效應(yīng),導(dǎo)致檢測(cè)出現(xiàn)誤差,但由于電力系統(tǒng)負(fù)荷在不斷變動(dòng),其大小、電源出力及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)追隨負(fù)荷變化又有一定的慣性,致使系統(tǒng)頻率總是一直處于變動(dòng)的狀態(tài)之中。工程實(shí)際中實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格同步采樣十分困難,為減小頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)影響,人們開(kāi)始致力于減少頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)算法的研究,如準(zhǔn)同步采樣算法、非整周期采樣法、加窗插值法和離散頻譜分析與校正方法等。這些方法雖然不要求采樣周期與被測(cè)信號(hào)周期嚴(yán)格同步,但計(jì)算量大,實(shí)時(shí)性較差,同時(shí)需構(gòu)造窗函數(shù),使電網(wǎng)基波頻率的檢測(cè)變得十分復(fù)雜。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

有鑒于此,本發(fā)明提供了一種基于頻譜極值點(diǎn)的電網(wǎng)基波頻率檢測(cè)方法及裝置,根據(jù)頻率極值點(diǎn)檢測(cè)電網(wǎng)頻率,不要求同步采樣,所需的采樣時(shí)間窗口滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的頻率檢測(cè)時(shí)間要求,且運(yùn)算簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)。

具體技術(shù)方案如下:

一種基于頻譜極值點(diǎn)的電網(wǎng)基波頻率檢測(cè)方法,所述方法包括:

以預(yù)設(shè)采樣頻率fs在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)對(duì)電網(wǎng)的電壓信號(hào)或電流信號(hào)進(jìn)行時(shí)域采樣,得到連續(xù)N個(gè)離散采樣值{x(k),k=0,1,2...N-1},所述預(yù)設(shè)時(shí)間至少為1s;

取不同的頻率i對(duì){x(k),k=0,1,2...N-1}進(jìn)行DFT或FFT變換后得到多個(gè)信號(hào)能量值X(i);

基于各個(gè)所述信號(hào)能量值繪制被測(cè)信號(hào)的頻譜圖,所述頻率i的取值范圍為[49.5,50.5]Hz,分辨率為0.01Hz。

根據(jù)所述頻譜圖求取極值點(diǎn),并將所述極值點(diǎn)的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值。

優(yōu)選的,所述預(yù)設(shè)采樣頻率為n*2*h*50,其中,h為電網(wǎng)的最高次諧波的階次,n為正整數(shù)。

優(yōu)選的,測(cè)量電路的信噪比大于等于20dB。

優(yōu)選的,所述預(yù)設(shè)時(shí)間為1s、3s或10s。

優(yōu)選的,當(dāng)取不同的頻率i對(duì){x(k),k=0,1,2...N-1}進(jìn)行DFT變換后得到多個(gè)信號(hào)能量值

優(yōu)選的,當(dāng)取不同的頻率i對(duì){x(k),k=0,1,2...N-1}進(jìn)行FFT變換后得到多個(gè)信號(hào)能量值

優(yōu)選的,所述根據(jù)所述頻譜圖求取極值點(diǎn),并將所述極值點(diǎn)的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值,包括:

S1:將所述信號(hào)能量值的最大值Xmax設(shè)為0,并將所述極值點(diǎn)的初始值fEP設(shè)為49.5Hz;

S2:判斷X(fEP)是否大于Xmax

S3:若X(fEP)不大于Xmax,令Xmax=X(fEP),fEP=fEP+df,返回S2,所述df≤0.01;

S4:若X(fEP)大于Xmax,將fEP確定為極值點(diǎn),并將所述極值點(diǎn)的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值。

一種基于頻譜極值點(diǎn)的電網(wǎng)基波頻率檢測(cè)裝置,包括:

采樣單元,用于以預(yù)設(shè)采樣頻率fs在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)對(duì)電網(wǎng)的電壓信號(hào)或電流信號(hào)進(jìn)行時(shí)域采樣,得到連續(xù)N個(gè)離散采樣值{x(k),k=0,1,2...N-1},所述預(yù)設(shè)時(shí)間至少為1s;

變換單元,用于取不同的頻率i對(duì){x(k),k=0,1,2...N-1}進(jìn)行DFT或FFT變換后得到多個(gè)信號(hào)能量值X(i);

繪制單元,用于基于各個(gè)所述信號(hào)能量值繪制被測(cè)信號(hào)的頻譜圖,所述頻率i的取值范圍為[49.5,50.5]Hz,分辨率為0.01Hz。

求取單元,用于根據(jù)所述頻譜圖求取極值點(diǎn),并將所述極值點(diǎn)的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值。

優(yōu)選的,所述預(yù)設(shè)采樣頻率為n*2*h*50,其中,h為電網(wǎng)的最高次諧波的階次,n為正整數(shù)。

優(yōu)選的,所述求取單元包括:

初始化子單元,用于將所述信號(hào)能量值的最大值Xmax設(shè)為0,并將所述極值點(diǎn)的初始值fEP設(shè)為49.5Hz;

判斷子單元,用于判斷X(fEP)是否大于Xmax,若是,觸發(fā)確定子單元;若否,觸發(fā)執(zhí)行子單元;

執(zhí)行子單元,用于令Xmax=X(fEP),fEP=fEP+df,所述df≤0.01,并觸發(fā)所述判斷子單元;

確定子單元,用于將fEP確定為極值點(diǎn),并將所述極值點(diǎn)的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明的有益效果如下:

本發(fā)明提供的基于頻譜極值點(diǎn)的電網(wǎng)基波頻率檢測(cè)方法及裝置,以預(yù)設(shè)采樣頻率fs在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)對(duì)電網(wǎng)的電壓信號(hào)或電流信號(hào)進(jìn)行時(shí)域采樣,得到連續(xù)N個(gè)離散采樣值{x(k),k=0,1,2...N-1},所述預(yù)設(shè)時(shí)間至少為1s;取不同的頻率i對(duì){x(k),k=0,1,2...N-1}進(jìn)行DFT或FFT變換后得到多個(gè)信號(hào)能量值X(i);基于各個(gè)所述信號(hào)能量值繪制被測(cè)信號(hào)的頻譜圖,所述頻率i的取值范圍為[49.5,50.5]Hz,分辨率為0.01Hz;根據(jù)所述頻譜圖求取極值點(diǎn),并將所述極值點(diǎn)的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值。本發(fā)明提供的檢測(cè)方法不要求同步采樣,所需的采樣時(shí)間窗口滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的頻率檢測(cè)時(shí)間要求,且運(yùn)算簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹,顯而易見(jiàn)地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的一種基于頻譜極值點(diǎn)的電網(wǎng)基波頻率檢測(cè)方法流程圖;

圖2為本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的一種基于頻譜極值點(diǎn)的電網(wǎng)基波頻率檢測(cè)方法流程圖;

圖3為本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的一種基于頻譜極值點(diǎn)的電網(wǎng)基波頻率檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1,本實(shí)施例公開(kāi)了一種基于頻譜極值點(diǎn)的電網(wǎng)基波頻率檢測(cè)方法,具體包括以下步驟:

S101:以預(yù)設(shè)采樣頻率fs在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)對(duì)電網(wǎng)的電壓信號(hào)或電流信號(hào)進(jìn)行時(shí)域采樣,得到連續(xù)N個(gè)離散采樣值{x(k),k=0,1,2...N-1},所述預(yù)設(shè)時(shí)間至少為1s;

需要說(shuō)明的是,我國(guó)電網(wǎng)基波頻率的標(biāo)稱(chēng)值為50Hz,電網(wǎng)電壓信號(hào)或電流信號(hào)以基波分量為主,還含有一定的高次諧波成分。設(shè)電網(wǎng)的電壓或電流為x(t),其中,t為采樣時(shí)間,首先以預(yù)設(shè)采樣頻率fs對(duì)x(t)進(jìn)行時(shí)域采樣,得到連續(xù)N個(gè)離散采樣值{x(k),k=0,1,2...N-1}。

為避免頻率混疊,預(yù)設(shè)采樣頻率需要滿足采樣定理,預(yù)設(shè)采樣頻率fs至少是原信號(hào)中最高次諧波階次的2倍,將所述預(yù)設(shè)采樣頻率確定為n*2*h*50,其中,h為電網(wǎng)的最高次諧波的階次,n為正整數(shù)。

還需要說(shuō)明的是,為了保證頻率的測(cè)量精度,模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的有效位大于等于10位,測(cè)量電路的信噪比大于等于20dB。

另外,需要說(shuō)明的是,所述預(yù)設(shè)時(shí)間為1s、3s或10s。滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的頻率檢測(cè)時(shí)間要求。

S102:取不同的頻率i對(duì){x(k),k=0,1,2...N-1}進(jìn)行DFT或FFT變換后得到多個(gè)信號(hào)能量值X(i);

具體的,當(dāng)取不同的頻率i對(duì){x(k),k=0,1,2...N-1}進(jìn)行DFT變換后得到多個(gè)信號(hào)能量值當(dāng)取不同的頻率i對(duì){x(k),k=0,1,2...N-1}進(jìn)行FFT變換后得到多個(gè)信號(hào)能量值

S103:基于各個(gè)所述信號(hào)能量值繪制被測(cè)信號(hào)的頻譜圖,所述頻率i的取值范圍為[49.5,50.5]Hz,分辨率為0.01Hz;

S104:根據(jù)所述頻譜圖求取極值點(diǎn),并將所述極值點(diǎn)的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值。

需要說(shuō)明的是,極值點(diǎn)可以通過(guò)窮舉法或?qū)?yōu)法進(jìn)行求解,請(qǐng)參閱圖2,以窮舉法為例對(duì)S104的具體執(zhí)行過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明如下:

S1:將所述信號(hào)能量值的最大值Xmax設(shè)為0,并將所述極值點(diǎn)的初始值fEP設(shè)為49.5Hz;

S2:判斷X(fEP)是否大于Xmax;

S3:若X(fEP)不大于Xmax,令Xmax=X(fEP),fEP=fEP+df,返回S2,所述df≤0.01;

S4:若X(fEP)大于Xmax,將fEP確定為極值點(diǎn),并將所述極值點(diǎn)的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值。

本實(shí)施例提供了一種基于頻譜極值點(diǎn)的電網(wǎng)基波頻率檢測(cè)方法,根據(jù)頻率極值點(diǎn)檢測(cè)電網(wǎng)頻率,不要求同步采樣,所需的采樣時(shí)間窗口滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的頻率檢測(cè)時(shí)間要求,且運(yùn)算簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)。

基于上述實(shí)施例公開(kāi)的基于頻譜極值點(diǎn)的電網(wǎng)基波頻率檢測(cè)方法,請(qǐng)參閱圖3,本實(shí)施例對(duì)應(yīng)公開(kāi)了一種基于頻譜極值點(diǎn)的電網(wǎng)基波頻率檢測(cè)裝置,包括:

采樣單元101,用于以預(yù)設(shè)采樣頻率fs在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)對(duì)電網(wǎng)的電壓信號(hào)或電流信號(hào)進(jìn)行時(shí)域采樣,得到連續(xù)N個(gè)離散采樣值{x(k),k=0,1,2...N-1},所述預(yù)設(shè)時(shí)間至少為1s;

為避免頻率混疊,預(yù)設(shè)采樣頻率需要滿足采樣定理,預(yù)設(shè)采樣頻率fs至少是原信號(hào)中最高次諧波階次的2倍,將所述預(yù)設(shè)采樣頻率確定為n*2*h*50,其中,h為電網(wǎng)的最高次諧波的階次,n為正整數(shù)。

還需要說(shuō)明的是,為了保證頻率的測(cè)量精度,模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的有效位大于等于10位,測(cè)量電路的信噪比大于等于20dB。

另外,需要說(shuō)明的是,所述預(yù)設(shè)時(shí)間為1s、3s或10s。滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的頻率檢測(cè)時(shí)間要求。

變換單元102,用于取不同的頻率i對(duì){x(k),k=0,1,2...N-1}進(jìn)行DFT或FFT變換后得到多個(gè)信號(hào)能量值X(i);

具體的,當(dāng)取不同的頻率i對(duì){x(k),k=0,1,2...N-1}進(jìn)行DFT變換后得到多個(gè)信號(hào)能量值當(dāng)取不同的頻率i對(duì){x(k),k=0,1,2...N-1}進(jìn)行FFT變換后得到多個(gè)信號(hào)能量值

繪制單元103,用于基于各個(gè)所述信號(hào)能量值繪制被測(cè)信號(hào)的頻譜圖,所述頻率i的取值范圍為[49.5,50.5]Hz,分辨率為0.01Hz;

求取單元104,用于根據(jù)所述頻譜圖求取極值點(diǎn),并將所述極值點(diǎn)的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值。

需要說(shuō)明的是,求取單元可以通過(guò)窮舉法或?qū)?yōu)法進(jìn)行求解,以窮舉法為例求取單元104可以包括以下子單元:

初始化子單元,用于將所述信號(hào)能量值的最大值Xmax設(shè)為0,并將所述極值點(diǎn)的初始值fEP設(shè)為49.5Hz;

判斷子單元,用于判斷X(fEP)是否大于Xmax,若是,觸發(fā)確定子單元;若否,觸發(fā)執(zhí)行子單元;

執(zhí)行子單元,用于令Xmax=X(fEP),fEP=fEP+df,所述df≤0.01,并觸發(fā)所述判斷子單元;

確定子單元,用于將fEP確定為極值點(diǎn),并將所述極值點(diǎn)的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值。

本實(shí)施例公開(kāi)的基于頻譜極值點(diǎn)的電網(wǎng)基波頻率檢測(cè)裝置,不需要同步采樣,就能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)基波頻率的快速、準(zhǔn)確的檢測(cè),運(yùn)算簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)。

對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明,使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的,本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下,在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此,本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例,而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。

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