一種快速獲取電信號基波幅值和多次諧波幅值的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電信號處理方法，特別是設(shè)及一種快速獲取電信號基波幅值和多次諧 波幅值的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前應(yīng)用最廣泛的信號處理是對電信號進行處理。電信號中通常包含基波、諧波 和間諧波等分量，運些不同分量具有不同的幅值、頻率和初始相位。不同的分量攜帶著不同 的信息，通過對該電信號進行處理，提取出不同的分量，即可獲得相應(yīng)的信息。近年來，由 于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子設(shè)備在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通和家庭中的應(yīng)用日 益廣泛，諧波、間諧波造成的危害日益嚴重。諧波、間諧波的測量是波形崎變分析、諧波源分 析、電網(wǎng)諧波潮流計算、諧波補償和抑制的基礎(chǔ)。
[0003] 諧波分析技術(shù)在電能質(zhì)量監(jiān)控、電子產(chǎn)品生產(chǎn)檢驗、電器設(shè)備監(jiān)控等眾多領(lǐng)域應(yīng) 用廣泛，是進行電網(wǎng)監(jiān)控、質(zhì)量檢驗、設(shè)備監(jiān)控的重要技術(shù)手段。
[0004] 電力系統(tǒng)諧波檢測的主要方法有：基于模擬帶通或帶阻濾波器的諧波檢測、基于 瞬時無功功率的諧波檢測、基于傅立葉變換的諧波檢測、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波檢測、基于小 波變換的諧波檢測。
[0005] 現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的諧波檢測方法是基于傅立葉變換的諧波檢測方法。在穩(wěn)態(tài)的諧 波檢測中，基于傅立葉變換的諧波檢測方法具有精度較高，功能較多，使用方便，易于實現(xiàn) 等優(yōu)點。
[0006] 然而，目前基于傅立葉變換等理論的高精度的諧波檢測都需要復(fù)雜的計算方法支 撐，計算量大，且需要高性能的硬件、忍片支持，如高速的DSP，造成檢測時間慢，體積大，成 本高，維護難，便攜性差等缺點，在一些不需要精確測量諧波含量的場合，工程應(yīng)用不具有 實用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 基于此，本申請?zhí)岢鲆环N快速獲取電信號基波幅值與多次諧波幅值的方法，快速 計算電流、電壓的基波幅值和多次諧波幅值，此方法計算量小，硬件設(shè)計只需要單片機便可 W完成，具有速度快，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，便攜等特點，在不需要精確測量基波、諧波幅值，只 需要簡易測量基波和多次諧波幅值的場所，可W滿足工程使用要求。
[0008] -種快速獲取電信號基波幅值和多次諧波幅值的方法，其包括如下步驟：
[0009] 檢測被測電信號的基波周期；
[0010] 采集至少一個基波周期的被測電信號；
[0011] 根據(jù)基波周期，生成兩組1/X倍基波周期的相互正交的多次矩形波，其中X為大于 1的正整數(shù)；
[0012] 選取至少一個基波周期中的N個采樣信號與兩組正交多次矩形波分別相乘求和， 其中N為正整數(shù)；
[0013] 按照一次矩形波規(guī)律和X次矩形波規(guī)律分別獲得基波和X次諧波的幅值，。
[0014] 在其中一個實施例中，所述選取至少一個基波周期中的N個采樣信號與兩組正交 多次矩形波分別相乘求和的步驟中，所選擇的基波周期為一個基波周期。
[0015] 在其中一個實施例中，所述采集至少一個基波周期的被測電信號的步驟中，所采 集的基波周期為一個基波周期。
[0016] 在其中一個實施例中，所述檢測被測電信號的基波周期的步驟是通過檢測被測電 信號相繼過零點的方法來檢測基波周期的。
[0017] 在其中一個實施例中，所述根據(jù)基波周期，生成兩組1/X倍基波周期的相互正交 的多次矩形波的步驟中，X為3。
[0018] 上述獲取電信號基波幅值與多次諧波幅值的方法相比于傳統(tǒng)的半波整流基波幅 值獲取方法，本申請的方法具有W下優(yōu)點：
[0019] (1)可W同時快速計算基波和多次諧波幅值。
[0020] (2)獲取方法簡單，通過生成正交的多次矩形波與被測信號相乘，即是對被測信號 進行分段累加求和，獲得被測信號分段積分值，只需要簡單的加法和幾次的乘法即可完成 運算，計算速度快，編程設(shè)計簡單。
[0021] (3)利用兩組正交的=次矩形波進行調(diào)制，無需考慮多次矩形波與多次諧波、基 波的相位一致性問題。
[0022] (4)利用多次矩形波與采樣信號相乘求和中間過程的儲存值，即分段累加求和獲 得的被測信號分段積分值，對其重新組合，可同時計算基波幅值，與只獲取多次諧波幅值時 間基本一樣，節(jié)省了運算時間。
[0023] (5)由于運算簡單，硬件要求不高，易于單片機上實現(xiàn)，可有效減小裝置體積和成 本。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明的獲取電信號基波幅值與多次諧波幅值的方法流程圖；
[0025] 圖2為給定的正弦信號及與其同頻率的矩形波示意圖；
[0026] 圖3為正弦信號對應(yīng)的正交矩形波示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 請參考圖1，本發(fā)明的較佳實施方式提供一種快速獲取電信號基波幅值與多次諧 波幅值的方法。該電信號基波幅值與多次諧波幅值的方法是基于多次矩形波快速獲取電信 號基波幅值和多次諧波幅值。其包括如下步驟：
[0028] 步驟S110,檢測被測電信號的基波周期。
[0029] 步驟S120,采集至少一個基波周期的被測電信號。為了較少計算量，在實際使用時 可W采取一個基波周期的電信號。
[0030] 步驟S130,根據(jù)基波周期，生成兩組1/X倍基波周期的相互正交的多次矩形波，其 中X為大于1的正整數(shù)。
[0031] 步驟S140,選取至少一個基波周期中的N個采樣信號與兩組正交多次矩形波分別 相乘求和，其中N為正整數(shù)。為了較少計算量，在實際使用時可W選取一個基波周期的電信 號。
[0032]步驟S150,按照一次矩形波規(guī)律和X次矩形波規(guī)律分別獲得基波和X次諧波的幅 值。
[0033] 電信號一般為正弦信號或余弦信號。對于給定的正弦信號AmSin(cot)，其在半個 周期內(nèi)的積分
轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號時對數(shù)字正弦信號在半個周期內(nèi)的積 分，即為累加求和：
T為正弦信號周期，N和i為自然數(shù)，采 樣點N越大，y'越接近y。
[0035]給定與正弦信號同頻率的矩形波，如附圖2所示，矩形波占空比為50%，正幅值為 1，負幅值為-1，用同頻率的矩形波與被測信號相乘，即對轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的正弦信號在整 個周期內(nèi)按巧形掘規(guī)律累加求巧，巧得被測信號巧分估：
T為正弦信號周期， 采樣點N越大，y"越接近4Am。
[0037]根據(jù)上述原理，用基頻正弦波與同頻率矩形波相乘，即對被測信號進行分段累加 求和，求得正弦波積分值，從而獲得正弦波幅值A(chǔ)m。當(dāng)被測信號除了基波還含有諧波時，計 算結(jié)果含有諧波幅值，但是諧波含量較小，在不需要精確計算時可W忽略不計，W此作為基 波幅值。
[003引當(dāng)被測信號含有且主要含有某一個多次諧波時（例如S次諧波），用被測信號與 =次矩形波相乘，即對被測信號在整個周期內(nèi)按=次矩形波規(guī)律累加求和，獲得被測信號 積分值，可W求得被測信號中的=次