电力系统的谐波测量方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电力系统的谐波测量方法及系统，所述方法包括：对电力信号进行同步采样生成同步数据序列；将单位基波周期内所述同步数据序列的长度等效为单位时间长度，生成等效基波频率；将所述同步数据序列与预设的窗口函数数据序列相乘，生成窗口数据序列；对所述窗口数据序列进行复数积分计算，生成所述等效谐波频率的幅值；获取所述等效谐波频率的幅值与所述等效基波频率的幅值的比值，实现谐波测量。实施本发明的方法及系统，可提高谐波测量速度。
【专利说明】电力系统的谐波测量方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力【技术领域】，特别是涉及一种电力系统的谐波测量方法及系统。
【背景技术】
[0002] 电力谐波测量对电力系统具有重要意义，快速傅立叶变换和窗口函数、是实现电 力谐波计算的基本数学算方法。快速傅立叶变换具有较高的计算效率，但快速傅立叶变换 要求对信号进行同步采样，高性能的信号的同步采样一般通过硬件系统实现，存在硬件系 统的硬件结构复杂，导致同步采样操作繁复且成本较高。
【发明内容】
[0003] 基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种电力系统的谐波测量方法及系统。
[0004] 一种电力系统的谐波测量方法，包括以下步骤：
[0005] 测量电力信号的基波频率；
[0006] 获取预设的基波频率整倍率与所述基波频率的乘积为同步采样频率；
[0007] 根据异步采样频率远大于所述同步采样频率的原则，获取远大于所述同步采样频 率的异步采样频率，并获取所述异步采样频率与所述同步采样频率的频率比值；
[0008] 根据所述异步采样频率，对所述电力信号进行高密度异步数据采样，获得异步数 据序列；
[0009] 根据预设的转换规则，将所述异步数据序列中的任意两个相邻的异步离散数据点 和所述频率比值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序列；
[0010] 将所述异步数据序列的长度除以所述频率比值，生成所述同步数据序列的长度， 将单位基波周期内所述同步数据序列的长度等效为单位时间长度，生成等效基波频率，其 中，所述单位基波周期的同步数据序列长度等于所述预设的基波频率整倍率；
[0011] 将所述同步数据序列与预设的窗口函数数据序列相乘，生成窗口数据序列；
[0012] 对所述窗口数据序列进行复数积分计算，生成所述等效谐波频率的幅值；
[0013] 获取所述等效谐波频率的幅值与所述等效基波频率的幅值的比值，实现谐波测 量。
[0014] 一种电力系统的谐波测量系统，包括：
[0015] 基波频率测量模块，用于测量电力信号的基波频率；
[0016] 同步采样频率模块，用于获取预设的基波频率整倍率与所述基波频率的乘积为同 步采样频率；
[0017] 异步采样频率模块，用于根据异步采样频率远大于所述同步采样频率的原则，获 取远大于所述同步采样频率的异步采样频率，并获取所述异步采样频率与所述同步采样频 率的频率比值；
[0018] 异步数据采样模块，用于根据所述异步采样频率，对所述电力信号进行高密度异 步数据采样，获得异步数据序列；
[0019] 同步数据生成模块，用于根据预设的转换规则，将所述异步数据序列中的任意两 个相邻的异步离散数据点和所述频率比值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序 列；
[0020] 等效基波频率模块，用于将所述异步数据序列的长度除以所述频率比值，生成所 述同步数据序列的长度，将单位基波周期内所述同步数据序列的长度等效为单位时间长 度，生成等效基波频率，其中，所述单位基波周期的同步数据序列长度等于所述预设的基波 频率整倍率；
[0021] 窗口数据序列模块，用于将所述同步数据序列与预设的窗口函数数据序列相乘， 生成窗口数据序列；
[0022] 复数积分模块，用于对所述窗口数据序列进行复数积分计算，生成所述等效谐波 频率的幅值；
[0023] 谐波测量模块，用于获取所述等效谐波频率的幅值与所述等效基波频率的幅值的 比值，实现谐波测量。
[0024] 上述电力系统的谐波测量方法及系统，通过对所述窗口同步数据序列进行复数 积分计算，生成所述等效基波频率的幅值，获取所述等效谐波频率的幅值与所述等效基波 频率的幅值的比值，实现谐波测量，可大幅提高谐波测量的测量速度，进而提高谐波测量效 率。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1是本发明电力系统的谐波测量方法第一实施方式的流程示意图；
[0026] 图2是本发明电力系统的谐波测量方法中使用的窗口函数的特性示意图；
[0027] 图3是本发明电力系统的谐波测量系统第一实施方式的结构示意图；
[0028] 图4是本发明电力系统的谐波测量方法测量所得的谐波示意图。
【具体实施方式】
[0029] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0030] 本发明中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非 明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础，否则步骤的相对次序是 可以调整的。
[0031] 请参阅图1，图1是本发明的电力系统的谐波测量方法第一实施方式的流程示意 图。
[0032] 本实施方式的所述电力系统的谐波测量方法可包括以下步骤：
[0033] 步骤S101，测量电力信号的基波频率。
[0034] 步骤S102,获取预设的基波频率整倍率与所述基波频率的乘积为同步采样频率。
[0035] 步骤S103,根据异步采样频率远大于所述同步采样频率的原则，获取远大于所述 同步采样频率的异步采样频率，并获取所述异步采样频率与所述同步采样频率的频率比 值。
[0036] 步骤S104,根据所述异步采样频率，对所述电力信号进行高密度异步数据采样，获 得异步数据序列。
[0037] 步骤S105,根据预设的转换规则，将所述异步数据序列中的任意两个相邻的异步 离散数据点和所述频率比值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序列。
[0038] 步骤S106,将所述异步数据序列的长度除以所述频率比值，生成所述同步数据序 列的长度，将单位基波周期内所述同步数据序列的长度等效为单位时间长度，生成等效基 波频率，其中，所述单位基波周期的同步数据序列长度等于所述预设的基波频率整倍率。
[0039] 步骤S107,将所述同步数据序列与预设的窗口函数数据序列相乘，生成窗口数据 序列。
[0040] 步骤S108,对所述窗口数据序列进行复数积分计算，生成所述等效谐波频率的幅 值。
[0041] 步骤S109,获取所述等效谐波频率的幅值与所述等效基波频率的幅值的比值，实 现谐波测量。
[0042] 本实施方式，通过对所述窗口同步数据序列进行复数积分计算，生成所述等效基 波频率的幅值，获取所述等效谐波频率的幅值与所述等效基波频率的幅值的比值，实现谐 波测量，可大幅提高谐波测量的测量速度，进而提高谐波测量效率。
[0043] 其中，对于步骤S101，可通过电网领域惯用的测量设备测量电力信号的基波频率。 并且要求基波频率测量相对误差小于I±5IXlO'
[0044] 优选地，所述基波频率的范围可为45Hz至55Hz。
[0045] 对于步骤S102,优选地，所述预设的基波频率整倍率可为200。在其他实施方式 中，还可为其他数值。
[0046] 对于步骤S103,优选地，所述异步采样频率为IOOKHz。在其他实施方式中，还可为 其他频率值。
[0047] 进一步地，在所述基波频率为50Hz时，所述频率比值为10。如果所述基波频率在 45Hz至55Hz变化，则所述频率比值部在11. 111111至9. 090909之间变化。在其他实施方 式中，还可为其他数值。
[0048] 对于步骤S104,可通过电网领域惯用的采样设备根据所述异步采样频率，对所述 电力信号进行高密度异步数据采样，获得异步数据序列。对电力信号进行高密度异步采集 可减小将异步数据序列转换为同步数据序列的幅值误差。
[0049] 在一个实施例中，异步数据序列表达为式（1)，同步数据序列表达为式（2):
[0050] Xi (m)
[0051] m= 0, 1，2, 3,..........,M-I (1)；
[0052] 式（1)中，Xi(Hi)为异步数据序列，M为异步数据序列长度。异步采样频率为fn，单 位Hz。
[0053] X0 (η)
[0054] η= 0, 1，2, 3,..........,N-I (2)；
[0055] 式⑵中，X。(η)为同步数据序列，N为同步数据序列长度，并且为单位基波周期长 度的整倍数。
[0056] 同步采样频率计算为式（3):
[0057]f0=Kfs (3)；
[0058] 式⑶中，f。为同步采样频率，单位Hz。fs为基波频率，单位Hz。K为所述预设的 基波频率整倍率，单位无量纲。
[0059] 异步采样频率与同步采样频率的频率比值为式（4):
[0060]
【权利要求】
1. 一种电力系统的谐波测量方法，其特征在于，包括以下步骤： 测量电力信号的基波频率； 获取预设的基波频率整倍率与所述基波频率的乘积为同步采样频率； 根据异步采样频率远大于所述同步采样频率的原则，获取远大于所述同步采样频率的 异步采样频率，并获取所述异步采样频率与所述同步采样频率的频率比值； 根据所述异步采样频率，对所述电力信号进行高密度异步数据采样，获得异步数据序 列； 根据预设的转换规则，将所述异步数据序列中的任意两个相邻的异步离散数据点和所 述频率比值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序列； 将所述异步数据序列的长度除以所述频率比值，生成所述同步数据序列的长度，将单 位基波周期内所述同步数据序列的长度等效为单位时间长度，生成等效基波频率，其中，所 述单位基波周期的同步数据序列长度等于所述预设的基波频率整倍率； 将所述同步数据序列与预设的窗口函数数据序列相乘，生成窗口数据序列； 对所述窗口数据序列进行复数积分计算，生成所述等效谐波频率的幅值； 获取所述等效谐波频率的幅值与所述等效基波频率的幅值的比值，实现谐波测量。
2. 根据权利要求1所述的电力系统的谐波测量方法，其特征在于，对所述窗口数据序 列进行复数积分计算，生成所述等效谐波频率的幅值的步骤包括以下步骤： 获取预设谐波次数与所述等效基波频率的乘积为等效谐波频率； 获取所述单位时间长度与所述等效谐波频率的乘积为等效弧度值； 根据所述等效弧度值，进行余弦函数和正弦函数计算，生成余弦函数数组序列和正弦 函数数组序列，其中，所述余弦函数数组序列的长度与所述正弦函数数组序列的长度等于 所述单位基波周期的同步数据序列的长度； 分别以所述余弦函数数组序列和所述正弦函数数组序列为复数积分中的余弦项和正 弦项，对所述窗口数据序列进行复数积分计算，生成所述等效谐波频率的幅值。
3. 根据权利要求1所述的电力系统的谐波测量方法，其特征在于，对所述窗口数据序 列进行复数积分计算，生成所述等效谐波频率的幅值的步骤还包括以下步骤： 以单位基波周期内所述同步数据序列的长度为单位，将所述窗口数据序列分解为多段 数据序列，并通过以下所述公式依次将所述多段数据序列相加，生成长度压缩窗口数据序 列：
其中，XWT(n)为所述长度压缩窗口数据序列，Xw(n)至Xw(N-NT+n)为所述多段数据序列，N为同步数据序列的长度、单位无量纲，NT为单位基波周期的同步数据序列的长度、单位无 量纲； 对所述长度压缩窗口数据序列进行复数积分计算，生成所述等效谐波频率的幅值。
4. 根据权利要求1所述的电力系统的谐波测量方法，其特征在于，所述预设的窗口函 数数据序列为布莱克曼窗口函数数据序列。
5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的电力系统的谐波测量方法，其特征在于，根据 预设的转换规则，将所述异步数据序列中的任意两个相邻的异步离散数据点和所述频率比 值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序列的步骤包括以下步骤： 根据以下所述转换公式，将所述异步数据序列中的任意两个相邻的异步离散数据点和 所述频率比值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序列：
其中，Xjn)为所述同步数据序列中的第n个同步离散数据点，XiOn)和XiOn+1)分别为 所述异步数据序列中的第m个异步离散数据点和第m+1个异步离散数据点，kf为所述频率 比值，N为同步数据序列的长度、单位无量纲，M为异步数据序列的长度、单位无量纲，（int) 为整数化。
6. -种电力系统的谐波测量系统，其特征在于，包括： 基波频率测量模块，用于测量电力信号的基波频率； 同步采样频率模块，用于获取预设的基波频率整倍率与所述基波频率的乘积为同步采 样频率； 异步采样频率模块，用于根据异步采样频率远大于所述同步采样频率的原则，获取远 大于所述同步采样频率的异步采样频率，并获取所述异步采样频率与所述同步采样频率的 频率比值； 异步数据采样模块，用于根据所述异步采样频率，对所述电力信号进行高密度异步数 据采样，获得异步数据序列； 同步数据生成模块，用于根据预设的转换规则，将所述异步数据序列中的任意两个相 邻的异步离散数据点和所述频率比值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序列； 等效基波频率模块，用于将所述异步数据序列的长度除以所述频率比值，生成所述同 步数据序列的长度，将单位基波周期内所述同步数据序列的长度等效为单位时间长度，生 成等效基波频率，其中，所述单位基波周期的同步数据序列长度等于所述预设的基波频率 整倍率； 窗口数据序列模块，用于将所述同步数据序列与预设的窗口函数数据序列相乘，生成 窗口数据序列； 复数积分模块，用于对所述窗口数据序列进行复数积分计算，生成所述等效谐波频率 的幅值； 谐波测量模块，用于获取所述等效谐波频率的幅值与所述等效基波频率的幅值的比 值，实现谐波测量。
7. 根据权利要求6所述的电力系统的谐波测量系统，其特征在于，所述复数积分模块 还可用于： 获取预设谐波次数与所述等效基波频率的乘积为等效谐波频率； 获取所述单位时间长度与所述等效谐波频率的乘积为等效弧度值； 根据所述等效弧度值，进行余弦函数和正弦函数计算，生成余弦函数数组序列和正弦 函数数组序列，其中，所述余弦函数数组序列的长度与所述正弦函数数组序列的长度等于 所述单位基波周期的同步数据序列的长度； 分别以所述余弦函数数组序列和所述正弦函数数组序列为复数积分中的余弦项和正 弦项，对所述窗口数据序列进行复数积分计算，生成所述等效谐波频率的幅值。
8. 根据权利要求6所述的电力系统的谐波测量系统，其特征在于，所述复数积分模块 还可用于： 以单位基波周期内所述同步数据序列的长度为单位，将所述窗口数据序列分解为多段 数据序列，并通过以下所述公式依次将所述多段数据序列相加，生成长度压缩窗口数据序 列：
其中，XWT(n)为所述长度压缩窗口数据序列，Xw(n)至Xw(N-NT+n)为所述多段数据序列，N为同步数据序列的长度、单位无量纲，NT为单位基波周期的同步数据序列的长度、单位无 量纲； 对所述长度压缩窗口数据序列进行复数积分计算，生成所述等效谐波频率的幅值。
9. 根据权利要求6所述的电力系统的谐波测量系统，其特征在于，所述预设的窗口函 数数据序列为布莱克曼窗口函数数据序列。
10. 根据权利要求6至9中任意一项所述的电力系统的谐波测量系统，其特征在于，所 述同步数据生成模块还可用于： 根据以下所述转换公式，将所述异步数据序列中的任意两个相邻的异步离散数据点和 所述频率比值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序列：
其中，Xjn)为所述同步数据序列中的第n个同步离散数据点，XiOn)和XiOn+1)分别为 所述异步数据序列中的第m个异步离散数据点和第m+1个异步离散数据点，kf为所述频率 比值，N为同步数据序列的长度、单位无量纲，M为异步数据序列的长度、单位无量纲，（int) 为整数化。
【文档编号】G01R23/16GK104483545SQ201410709822
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】李军, 万文军, 庞志强, 任娟娟, 史玲玲 申请人:广东电网有限责任公司电力科学研究院