電力系統的分次諧波測量方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種電力系統的分次諧波測量方法及系統，所述方法包括：將同步數據序列與預設的窗口函數數據序列相乘，生成窗口同步數據序列；獲取等效基波頻率與預設分次諧波分母數的比值，生成等效分次諧波；分別以所述余弦函數數組序列和所述正弦函數數組序列為復數積分中的余弦項和正弦項，對所述窗口數據序列進行復數積分計算，生成所述等效分次諧波頻率的幅值；獲取所述等效分次諧波頻率的幅值與所述等效基波頻率的幅值的比值，實現分次諧波測量。實施本發明，可提高分次諧波測量速度。
【專利說明】電力系統的分次諧波測量方法及系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力【技術領域】，特別是涉及一種電力系統的分次諧波測量方法及系 統。

【背景技術】
[0002] 電力系統的諧波測量方法中，通常通過傅立葉變換和窗口函數進行諧波測量。傅 立葉變換的效率較高，要求信號中的高頻率成分與低頻率成分為整數比例關系。電力系統 的諧波成分與基波成分在頻率上是一種整倍數關系，滿足傅里葉變換的要求。
[0003] 但是，電力系統的分次諧波成分與基波成分在頻率上的比例并非整數比例關系。 因此，上述電力系統的諧波測量方法無法實時有效地實現電力系統的分次諧波測量。


【發明內容】

[0004] 基于此，有必要針對上述電力系統的諧波測量方法無法實時有效地實現電力系統 的分次諧波測量的問題，提供一種電力系統的分次諧波測量方法及系統。
[0005] -種電力系統的分次諧波測量方法，包括以下步驟：
[0006] 測量電力信號的基波頻率；
[0007] 獲取預設的基波頻率整倍率與所述基波頻率的乘積為同步采樣頻率；
[0008] 根據基波頻率等于50Hz時與所述同步采樣頻率相等的原則，獲取異步采樣頻率， 并獲取所述異步采樣頻率與所述同步采樣頻率的頻率比值；
[0009] 根據所述異步采樣頻率，對所述電力信號進行高密度異步數據采樣，獲得異步數 據序列；
[0010] 根據預設的轉換規則，將所述異步數據序列中的任意兩個相鄰的異步離散數據點 和所述頻率比值轉換為一個同步離散數據點，生成同步數據序列；
[0011] 將所述異步數據序列的長度除以所述頻率比值，生成所述同步數據序列的長度， 將單位基波周期內所述同步數據序列的長度等效為單位時間長度，生成等效基波頻率，其 中，所述單位基波周期的同步數據序列長度等于所述預設的基波頻率整倍率；
[0012] 將所述等效基波頻率除以預設分次諧波分母數，生成等效分次諧波頻率；
[0013] 獲取所述單位時間長度與所述等效分次諧波頻率的乘積為等效弧度值；
[0014] 根據所述等效弧度值，進行余弦函數和正弦函數計算，生成余弦函數數組序列和 正弦函數數組序列，其中，所述余弦函數數組序列的長度與所述正弦函數數組序列的長度 等于所述單位基波周期的同步數據序列的長度；
[0015] 將所述同步數據序列與預設的窗口函數數據序列相乘，生成窗口數據序列；
[0016] 分別以所述余弦函數數組序列和所述正弦函數數組序列為復數積分中的余弦項 和正弦項，對所述窗口數據序列進行復數積分計算，生成所述等效分次諧波頻率的幅值；
[0017] 獲取所述等效分次諧波頻率的幅值與所述等效基波頻率的幅值的比值，實現分次 諧波測量。
[0018] 一種電力系統的分次諧波測量系統，包括：
[0019] 基波頻率測量模塊，用于測量電力信號的基波頻率；
[0020] 同步采樣頻率模塊，用于獲取預設的基波頻率整倍率與所述基波頻率的乘積為同 步采樣頻率；
[0021] 異步采樣頻率模塊，用于根據基波頻率等于50Hz時與所述同步采樣頻率相等的 原則，獲取異步采樣頻率，并獲取所述異步采樣頻率與所述同步采樣頻率的頻率比值；
[0022] 異步數據采樣模塊，用于根據所述異步采樣頻率，對所述電力信號進行高密度異 步數據采樣，獲得異步數據序列；
[0023] 同步數據生成模塊，用于根據預設的轉換規則，將所述異步數據序列中的任意兩 個相鄰的異步離散數據點和所述頻率比值轉換為一個同步離散數據點，生成同步數據序 列；
[0024] 等效基波頻率模塊，用于將所述異步數據序列的長度除以所述頻率比值，生成所 述同步數據序列的長度，將單位基波周期內所述同步數據序列的長度等效為單位時間長 度，生成等效基波頻率，其中，所述單位基波周期的同步數據序列長度等于所述預設的基波 頻率整倍率；
[0025] 等效分次諧波模塊，用于將所述等效基波頻率除以預設分次諧波分母數，生成等 效分次諧波頻率；
[0026] 等效弧度值模塊，用于獲取所述單位時間長度與所述等效分次諧波頻率的乘積為 等效弧度值；
[0027] 函數數組序列模塊，用于根據所述等效弧度值，進行余弦函數和正弦函數計算，生 成余弦函數數組序列和正弦函數數組序列，其中，所述余弦函數數組序列的長度與所述正 弦函數數組序列的長度等于所述單位基波周期的同步數據序列的長度；
[0028] 窗口數據序列模塊，用于將所述同步數據序列與預設的窗口函數數據序列相乘， 生成窗口數據序列；
[0029] 復數積分模塊，用于分別以所述余弦函數數組序列和所述正弦函數數組序列為復 數積分中的余弦項和正弦項，對所述窗口數據序列進行復數積分計算，生成所述等效分次 諧波頻率的幅值；
[0030] 分次諧波測量模塊，用于獲取所述等效分次諧波頻率的幅值與所述等效基波頻率 的幅值的比值，實現分次諧波測量。
[0031] 上述電力系統的分次諧波測量方法及系統，通過用正弦函數數組序列和所述余弦 函數數組序列，對所述窗口同步數據序列進行復數積分，生成所述等效基波頻率的幅值，獲 取所述等效分次諧波頻率的幅值與所述等效基波頻率的幅值的比值，實現分次諧波測量， 可在實現分次諧波測量的同時大幅提高分次諧波測量的測量速度，進而提高分次諧波測量 效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 圖1是本發明電力系統的分次諧波測量方法第一實施方式的流程示意圖；
[0033] 圖2是本發明電力系統的分次諧波測量方法中使用的窗口函數的特性示意圖；
[0034] 圖3是本發明電力系統的分次諧波測量系統第一實施方式的結構示意圖；
[0035] 圖4是本發明電力系統的分次諧波測量方法測量所得的諧波示意圖。

【具體實施方式】
[0036] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。
[0037] 本發明中的步驟雖然用標號進行了排列，但并不用于限定步驟的先后次序，除非 明確說明了步驟的次序或者某步驟的執行需要其他步驟作為基礎，否則步驟的相對次序是 可以調整的。
[0038] 請參閱圖1，圖1是本發明的電力系統的分次諧波測量方法第一實施方式的流程 示意圖。
[0039] 本實施方式的所述電力系統的分次諧波測量方法可包括以下步驟：
[0040] 步驟S101，測量電力信號的基波頻率。
[0041] 步驟S102,獲取預設的基波頻率整倍率與所述基波頻率的乘積為同步采樣頻率。
[0042] 步驟S103,根據基波頻率等于50Hz時與所述同步采樣頻率相等的原則，獲取異步 采樣頻率，并獲取所述異步采樣頻率與所述同步采樣頻率的頻率比值。
[0043] 步驟S104,根據所述異步采樣頻率，對所述電力信號進行高密度異步數據采樣，獲 得異步數據序列。
[0044] 步驟S105,根據預設的轉換規則，將所述異步數據序列中的任意兩個相鄰的異步 離散數據點和所述頻率比值轉換為一個同步離散數據點，生成同步數據序列。
[0045] 步驟S106,將所述異步數據序列的長度除以所述頻率比值，生成所述同步數據序 列的長度，將單位基波周期內所述同步數據序列的長度等效為單位時間長度，生成等效基 波頻率，其中，所述單位基波周期的同步數據序列長度等于所述預設的基波頻率整倍率。
[0046] 步驟S107,將所述等效基波頻率除以預設分次諧波分母數，生成等效分次諧波頻 率。
[0047] 步驟S108,獲取所述單位時間長度與所述等效分次諧波頻率的乘積為等效弧度 值。
[0048] 步驟S109,根據所述等效弧度值，進行余弦函數和正弦函數計算，生成余弦函數數 組序列和正弦函數數組序列，其中，所述余弦函數數組序列的長度與所述正弦函數數組序 列的長度等于所述單位基波周期的同步數據序列的長度。
[0049] 步驟S110,將所述同步數據序列與預設的窗口函數數據序列相乘，生成窗口數據 序列。
[0050] 步驟S111，分別以所述余弦函數數組序列和所述正弦函數數組序列為復數積分中 的余弦項和正弦項，對所述窗口數據序列進行復數積分計算，生成所述等效分次諧波頻率 的幅值。
[0051] 步驟S112,獲取所述等效分次諧波頻率的幅值與所述等效基波頻率的幅值的比 值，實現分次諧波測量。
[0052] 本實施方式，通過用正弦函數數組序列和所述余弦函數數組序列，對所述窗口同 步數據序列進行復數積分，生成所述等效基波頻率的幅值，獲取所述等效分次諧波頻率的 幅值與所述等效基波頻率的幅值的比值，實現分次諧波測量，可在實現分次諧波測量的同 時大幅提高分次諧波測量的測量速度，進而提高分次諧波測量效率。
[0053] 其中，對于步驟S101，可通過電網領域慣用的測量設備測量電力信號的基波頻率。 基波頻率測量相對誤差小于I ±5 I X 10_6。
[0054] 優選地，所述基波頻率的范圍可為45Hz至55Hz。在其他實施方式中，還可為其他 數值范圍。
[0055] 對于步驟S102,優選地，所述預設的基波頻率整倍率可為200。在其他實施方式 中，還可為其他數值。
[0056] 對于步驟S103,優選地，所述頻率比值可為10。在其他實施方式中，還可為其他數 值。
[0057] 進一步地，所述異步采樣頻率為500KHZ。在其他實施方式中，還可為其他頻率值。
[0058] 對于步驟S104,可通過電網領域慣用的采樣設備根據所述異步采樣頻率，對所述 電力信號進行高密度異步數據采樣，獲得異步數據序列。對電力信號進行高密度異步采集 可減小將異步數據序列轉換為同步數據序列的幅值誤差。
[0059] 在一個實施例中，用Tw表達預設數的信號時間長度，單位s，異步數據序列表達為 式（1)，同步數據序列表達為式（2):
[0060] Xi (b)
[0061] b = 0, 1, 2, 3,......B-I
[0062] B = Twf； (1)；
[0063] X0 (η)
[0064] (2)；
[0065] n=0,1,2,3,.........., N-I
[0066] 其中，fm為異步采樣頻率，Xi (b)為異步數據序列，b為異步數據序列數，B為異步 數據序列的長度、單位無量綱，XJn)為同步數據序列，N為同步數據序列長度。
[0067] 同步采樣頻率計算為式（3):
[0068] fn = Knfs (3)；
[0069] 其中，fn為同步采樣頻率、單位Hz，Kn為所述預設的基波頻率整倍率，單位無量綱， fs為基波頻率，單位Hz。
[0070] 同步采樣頻率和異步采樣頻率的頻率比值的計算為式（4)和式（5):
[0071] fm = Knf50 (4)；

【權利要求】
1. 一種電力系統的分次諧波測量方法，其特征在于，包括以下步驟： 測量電力信號的基波頻率； 獲取預設的基波頻率整倍率與所述基波頻率的乘積為同步采樣頻率； 根據基波頻率等于50HZ時與所述同步采樣頻率相等的原則，獲取異步采樣頻率，并獲 取所述異步采樣頻率與所述同步采樣頻率的頻率比值； 根據所述異步采樣頻率，對所述電力信號進行高密度異步數據采樣，獲得異步數據序 列； 根據預設的轉換規則，將所述異步數據序列中的任意兩個相鄰的異步離散數據點和所 述頻率比值轉換為一個同步離散數據點，生成同步數據序列； 將所述異步數據序列的長度除以所述頻率比值，生成所述同步數據序列的長度，將單 位基波周期內所述同步數據序列的長度等效為單位時間長度，生成等效基波頻率，其中，所 述單位基波周期的同步數據序列長度等于所述預設的基波頻率整倍率； 將所述等效基波頻率除以預設分次諧波分母數，生成等效分次諧波頻率； 獲取所述單位時間長度與所述等效分次諧波頻率的乘積為等效弧度值； 根據所述等效弧度值，進行余弦函數和正弦函數計算，生成余弦函數數組序列和正弦 函數數組序列，其中，所述余弦函數數組序列的長度與所述正弦函數數組序列的長度等于 所述單位基波周期的同步數據序列的長度； 將所述同步數據序列與預設的窗口函數數據序列相乘，生成窗口數據序列； 分別以所述余弦函數數組序列和所述正弦函數數組序列為復數積分中的余弦項和正 弦項，對所述窗口數據序列進行復數積分計算，生成所述等效分次諧波頻率的幅值； 獲取所述等效分次諧波頻率的幅值與所述等效基波頻率的幅值的比值，實現分次諧波 測量。
2. 根據權利要求1所述電力系統的分次諧波測量方法，其特征在于，所述預設的窗口 函數數據序列為布萊克曼窗口函數數據序列。
3. 根據權利要求2所述的電力系統的分次諧波測量方法，其特征在于，所述預設分次 諧波分母數的最大值滿足以下公式對應的約束條件：
其中，fs為所述基波頻率，單位為Hz,Tw為信號時間或窗口時間,單位為秒,Mmax為所述 預設分次諧波分母數的最大值。
4. 根據權利要求1所述的電力系統的分次諧波測量方法，其特征在于，所述基波頻率 的頻率范圍為45HZ至50Hz。
5. 根據權利要求1至4中任意一項所述的電力系統的分次諧波測量方法，其特征在于， 根據預設的轉換規則，將所述異步數據序列中的任意兩個相鄰的異步離散數據點轉換為一 個同步離散數據點，生成所述預設序列長度的同步數據序列的步驟包括以下步驟： 根據以下所述轉換公式，將所述異步數據序列中的任意兩個相鄰的異步離散數據點和 所述頻率比值轉換為一個同步離散數據點，生成同步數據序列： X0 (n) =Xi (b) + [Xi (b+1) -Xi (b) ] (nkf-b) b= (int) (nkf)η= 0,I, 2, 3,.........,N-I； 其中，X。(η)為所述同步數據序列中的第η個同步離散數據點，Xi (b)和Xi (b+1)分別為 所述異步數據序列中的第b個異步離散數據點和第b+Ι個異步離散數據點，kf為所述頻率 比值，（int)表示整數化。
6. -種電力系統的分次諧波測量系統，其特征在于，包括： 基波頻率測量模塊，用于測量電力信號的基波頻率； 同步采樣頻率模塊，用于獲取預設的基波頻率整倍率與所述基波頻率的乘積為同步采 樣頻率； 異步采樣頻率模塊，用于根據基波頻率等于50Hz時與所述同步采樣頻率相等的原則， 獲取異步采樣頻率，并獲取所述異步采樣頻率與所述同步采樣頻率的頻率比值； 異步數據采樣模塊，用于根據所述異步采樣頻率，對所述電力信號進行高密度異步數 據采樣，獲得異步數據序列； 同步數據生成模塊，用于根據預設的轉換規則，將所述異步數據序列中的任意兩個相 鄰的異步離散數據點和所述頻率比值轉換為一個同步離散數據點，生成同步數據序列； 等效基波頻率模塊，用于將所述異步數據序列的長度除以所述頻率比值，生成所述同 步數據序列的長度，將單位基波周期內所述同步數據序列的長度等效為單位時間長度，生 成等效基波頻率，其中，所述單位基波周期的同步數據序列長度等于所述預設的基波頻率 整倍率； 等效分次諧波模塊，用于將所述等效基波頻率除以預設分次諧波分母數，生成等效分 次諧波頻率； 等效弧度值模塊，用于獲取所述單位時間長度與所述等效分次諧波頻率的乘積為等效 弧度值； 函數數組序列模塊，用于根據所述等效弧度值，進行余弦函數和正弦函數計算，生成余 弦函數數組序列和正弦函數數組序列，其中，所述余弦函數數組序列的長度與所述正弦函 數數組序列的長度等于所述單位基波周期的同步數據序列的長度； 窗口數據序列模塊，用于將所述同步數據序列與預設的窗口函數數據序列相乘，生成 窗口數據序列； 復數積分模塊，用于分別以所述余弦函數數組序列和所述正弦函數數組序列為復數積 分中的余弦項和正弦項，對所述窗口數據序列進行復數積分計算，生成所述等效分次諧波 頻率的幅值； 分次諧波測量模塊，用于獲取所述等效分次諧波頻率的幅值與所述等效基波頻率的幅 值的比值，實現分次諧波測量。
7. 根據權利要求6所述電力系統的分次諧波測量系統，其特征在于，所述預設的窗口 函數數據序列為布萊克曼窗口函數數據序列。
8. 根據權利要求7所述的電力系統的分次諧波測量系統，其特征在于，所述預設分次 諧波分母數的最大值滿足以下公式對應的約束條件：
其中，fs為所述基波頻率，單位為Hz,Tw為信號時間或窗口時間,單位為秒,Mmax為所述 預設分次諧波分母數的最大值。
9. 根據權利要求6所述的電力系統的分次諧波測量系統，其特征在于，所述基波頻率 的頻率范圍為45HZ至50Hz。
10. 根據權利要求9所述的電力系統的分次諧波測量系統，其特征在于，所述同步數據 模生成塊還用于： 根據以下所述轉換公式，將所述異步數據序列中的任意兩個相鄰的異步離散數據點和 所述頻率比值轉換為一個同步離散數據點，生成同步數據序列： X0 (n) =Xi (b) + [Xi (b+1) -Xi (b) ] (nkf-b)b= (int) (nkf) η= 0, 1，2, 3,.........，N_1 ; 其中，X。(n)為所述同步數據序列中的第n個同步離散數據點，Xi (b)和Xi (b+l)分別為 所述異步數據序列中的第b個異步離散數據點和第b+Ι個異步離散數據點，kf為所述頻率 比值，（int)表示整數化。
【文檔編號】G01R23/16GK104459316SQ201410713513
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】李軍, 萬文軍, 龐志強, 任娟娟, 史玲玲 申請人:廣東電網有限責任公司電力科學研究院