电力系统的分次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分次谐波测量方法及系统，所述方法包括：将同步数据序列与预设的窗口函数数据序列相乘，生成窗口同步数据序列；获取等效基波频率与预设分次谐波分母数的比值，生成等效分次谐波；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，生成所述等效分次谐波频率的幅值；获取所述等效分次谐波频率的幅值与所述等效基波频率的幅值的比值，实现分次谐波测量。实施本发明，可提高分次谐波测量速度。
【专利说明】电力系统的分次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分次谐波测量方法及系 统。
【背景技术】
[0002] 电力系统的谐波测量方法中，通常通过傅立叶变换和窗口函数进行谐波测量。傅 立叶变换的效率较高，要求信号中的高频率成分与低频率成分为整数比例关系。电力系统 的谐波成分与基波成分在频率上是一种整倍数关系，满足傅里叶变换的要求。
[0003] 但是，电力系统的分次谐波成分与基波成分在频率上的比例并非整数比例关系。 因此，上述电力系统的谐波测量方法无法实时有效地实现电力系统的分次谐波测量。
【发明内容】
[0004] 基于此，有必要针对上述电力系统的谐波测量方法无法实时有效地实现电力系统 的分次谐波测量的问题，提供一种电力系统的分次谐波测量方法及系统。
[0005] -种电力系统的分次谐波测量方法，包括以下步骤：
[0006] 测量电力信号的基波频率；
[0007] 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；
[0008] 根据基波频率等于50Hz时与所述同步采样频率相等的原则，获取异步采样频率， 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；
[0009] 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；
[0010] 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；
[0011] 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；
[0012] 将所述等效基波频率除以预设分次谐波分母数，生成等效分次谐波频率；
[0013] 获取所述单位时间长度与所述等效分次谐波频率的乘积为等效弧度值；
[0014] 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；
[0015] 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；
[0016] 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，生成所述等效分次谐波频率的幅值；
[0017] 获取所述等效分次谐波频率的幅值与所述等效基波频率的幅值的比值，实现分次 谐波测量。
[0018] 一种电力系统的分次谐波测量系统，包括：
[0019] 基波频率测量模块，用于测量电力信号的基波频率；
[0020] 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；
[0021] 异步采样频率模块，用于根据基波频率等于50Hz时与所述同步采样频率相等的 原则，获取异步采样频率，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；
[0022] 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；
[0023] 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；
[0024] 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；
[0025] 等效分次谐波模块，用于将所述等效基波频率除以预设分次谐波分母数，生成等 效分次谐波频率；
[0026] 等效弧度值模块，用于获取所述单位时间长度与所述等效分次谐波频率的乘积为 等效弧度值；
[0027] 函数数组序列模块，用于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；
[0028] 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；
[0029] 复数积分模块，用于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，生成所述等效分次 谐波频率的幅值；
[0030] 分次谐波测量模块，用于获取所述等效分次谐波频率的幅值与所述等效基波频率 的幅值的比值，实现分次谐波测量。
[0031] 上述电力系统的分次谐波测量方法及系统，通过用正弦函数数组序列和所述余弦 函数数组序列，对所述窗口同步数据序列进行复数积分，生成所述等效基波频率的幅值，获 取所述等效分次谐波频率的幅值与所述等效基波频率的幅值的比值，实现分次谐波测量， 可在实现分次谐波测量的同时大幅提高分次谐波测量的测量速度，进而提高分次谐波测量 效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0032] 图1是本发明电力系统的分次谐波测量方法第一实施方式的流程示意图；
[0033] 图2是本发明电力系统的分次谐波测量方法中使用的窗口函数的特性示意图；
[0034] 图3是本发明电力系统的分次谐波测量系统第一实施方式的结构示意图；
[0035] 图4是本发明电力系统的分次谐波测量方法测量所得的谐波示意图。
【具体实施方式】
[0036] 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。
[0037] 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。
[0038] 请参阅图1，图1是本发明的电力系统的分次谐波测量方法第一实施方式的流程 示意图。
[0039] 本实施方式的所述电力系统的分次谐波测量方法可包括以下步骤：
[0040] 步骤S101，测量电力信号的基波频率。
[0041] 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。
[0042] 步骤S103,根据基波频率等于50Hz时与所述同步采样频率相等的原则，获取异步 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。
[0043] 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。
[0044] 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。
[0045] 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。
[0046] 步骤S107,将所述等效基波频率除以预设分次谐波分母数，生成等效分次谐波频 率。
[0047] 步骤S108,获取所述单位时间长度与所述等效分次谐波频率的乘积为等效弧度 值。
[0048] 步骤S109,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。
[0049] 步骤S110,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。
[0050] 步骤S111，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，生成所述等效分次谐波频率 的幅值。
[0051] 步骤S112,获取所述等效分次谐波频率的幅值与所述等效基波频率的幅值的比 值，实现分次谐波测量。
[0052] 本实施方式，通过用正弦函数数组序列和所述余弦函数数组序列，对所述窗口同 步数据序列进行复数积分，生成所述等效基波频率的幅值，获取所述等效分次谐波频率的 幅值与所述等效基波频率的幅值的比值，实现分次谐波测量，可在实现分次谐波测量的同 时大幅提高分次谐波测量的测量速度，进而提高分次谐波测量效率。
[0053] 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。 基波频率测量相对误差小于I ±5 I X 10_6。
[0054] 优选地，所述基波频率的范围可为45Hz至55Hz。在其他实施方式中，还可为其他 数值范围。
[0055] 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。
[0056] 对于步骤S103,优选地，所述频率比值可为10。在其他实施方式中，还可为其他数 值。
[0057] 进一步地，所述异步采样频率为500KHZ。在其他实施方式中，还可为其他频率值。
[0058] 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。
[0059] 在一个实施例中，用Tw表达预设数的信号时间长度，单位s，异步数据序列表达为 式（1)，同步数据序列表达为式（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为异步采样频率，Xi (b)为异步数据序列，b为异步数据序列数，B为异步 数据序列的长度、单位无量纲，XJn)为同步数据序列，N为同步数据序列长度。
[0067] 同步采样频率计算为式（3):
[0068] fn = Knfs (3)；
[0069] 其中，fn为同步采样频率、单位Hz，Kn为所述预设的基波频率整倍率，单位无量纲， fs为基波频率，单位Hz。
[0070] 同步采样频率和异步采样频率的频率比值的计算为式（4)和式（5):
[0071] fm = Knf50 (4)；
【权利要求】
1. 一种电力系统的分次谐波测量方法，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； 根据基波频率等于50HZ时与所述同步采样频率相等的原则，获取异步采样频率，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； 将所述等效基波频率除以预设分次谐波分母数，生成等效分次谐波频率； 获取所述单位时间长度与所述等效分次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； 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； 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，生成所述等效分次谐波频率的幅值； 获取所述等效分次谐波频率的幅值与所述等效基波频率的幅值的比值，实现分次谐波 测量。
2. 根据权利要求1所述电力系统的分次谐波测量方法，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。
3. 根据权利要求2所述的电力系统的分次谐波测量方法，其特征在于，所述预设分次 谐波分母数的最大值满足以下公式对应的约束条件：
其中，fs为所述基波频率，单位为Hz,Tw为信号时间或窗口时间,单位为秒,Mmax为所述 预设分次谐波分母数的最大值。
4. 根据权利要求1所述的电力系统的分次谐波测量方法，其特征在于，所述基波频率 的频率范围为45HZ至50Hz。
5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的电力系统的分次谐波测量方法，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转换为一 个同步离散数据点，生成所述预设序列长度的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： 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)为所述同步数据序列中的第η个同步离散数据点，Xi (b)和Xi (b+1)分别为 所述异步数据序列中的第b个异步离散数据点和第b+Ι个异步离散数据点，kf为所述频率 比值，（int)表示整数化。
6. -种电力系统的分次谐波测量系统，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，用于根据基波频率等于50Hz时与所述同步采样频率相等的原则， 获取异步采样频率，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； 等效分次谐波模块，用于将所述等效基波频率除以预设分次谐波分母数，生成等效分 次谐波频率； 等效弧度值模块，用于获取所述单位时间长度与所述等效分次谐波频率的乘积为等效 弧度值； 函数数组序列模块，用于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； 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，生成所述等效分次谐波 频率的幅值； 分次谐波测量模块，用于获取所述等效分次谐波频率的幅值与所述等效基波频率的幅 值的比值，实现分次谐波测量。
7. 根据权利要求6所述电力系统的分次谐波测量系统，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。
8. 根据权利要求7所述的电力系统的分次谐波测量系统，其特征在于，所述预设分次 谐波分母数的最大值满足以下公式对应的约束条件：
其中，fs为所述基波频率，单位为Hz,Tw为信号时间或窗口时间,单位为秒,Mmax为所述 预设分次谐波分母数的最大值。
9. 根据权利要求6所述的电力系统的分次谐波测量系统，其特征在于，所述基波频率 的频率范围为45HZ至50Hz。
10. 根据权利要求9所述的电力系统的分次谐波测量系统，其特征在于，所述同步数据 模生成块还用于： 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： 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)为所述同步数据序列中的第n个同步离散数据点，Xi (b)和Xi (b+l)分别为 所述异步数据序列中的第b个异步离散数据点和第b+Ι个异步离散数据点，kf为所述频率 比值，（int)表示整数化。
【文档编号】G01R23/16GK104459316SQ201410713513
【公开日】2015年3月25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