一种基于谐波分析仪的电力谐波分析方法和谐波分析仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信号处理技术领域，具体地，涉及一种基于谐波分析仪的电力谐波分 析方法和谐波分析仪。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术的快速发展，电力系统的谐波污染日益严重，电力电子装置带 来的谐波问题对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在威胁，给周围电气环境带来了极 大影响，电能质量问题受到高度重视，谐波分析技术在电能质量监控、电子产品生产检验、 电器设备监控等众多领域应用广泛，是进行电网监控、质量检验、设备监控的重要技术手 段。目前常用的分析方法主要有离散傅里叶变换（DFT)、快速傅里叶变换（FFT)、基于FIR (Finite Impulse Response,有限冲击响应）数字滤波算法、小波变换法和Prony算法等。
[0003] 在工程应用中，谐波分析总是进行有限点的采样，难以做到严格意义的同步采样。 这样，在应用FFT、DFT进行谐波分析时，就会存在由于截断效应导致的长范围泄漏和由于 栅栏效应导致的短范围泄漏，使得分析结果精度不高，甚至不可信。
[0004] 基于FIR数字滤波器的电力系统各次谐波分析是这些方法中原理简单且较为有 效的一种算法。FIR数字滤波器可以从信号中过滤出所需的频率分量，但这种方法存在一些 副作用，它改变了信号中剩余频率分量的幅度和相位。
【发明内容】
[0005] 本发明是为了克服现有技术中谐波分析时存在栅栏效应的缺陷，根据本发明的一 个方面，提出一种基于谐波分析仪的电力谐波分析方法。
[0006] 根据本发明实施例的一种基于谐波分析仪的电力谐波分析方法，包括：
[0007] 确定预设基频，根据预设基频为输入信号设计第一 FIR梳状滤波器；通过第一 FIR 梳状滤波器对输入信号进行滤波，并确定滤波后信号的频率；当滤波后信号的频率与预设 基频之间的差值小于预设阈值时，将滤波后信号的频率作为输入信号的基频；根据基频确 定谐波的频率，并为谐波设计第二FIR梳状滤波器；通过第二FIR梳状滤波器对输入信号 进行滤波，确定谐波的信号参数，并将信号参数发送给谐波分析仪的处理单元，信号参数包 括：信号幅值和信号相位角。
[0008] 优选的，基于谐波分析仪的电力谐波分析方法还包括：当滤波后信号的频率与预 设基频之间的差值不小于预设阈值时，继续通过第一 FIR梳状滤波器对滤波后信号进行滤 波，直至再次滤波后信号的频率与预设基频之间的差值小于预设阈值，并将再次滤波后信 号的频率作为输入信号的基频。
[0009] 优选的，确定滤波后信号的频率，包括：
[0010] 获取滤波后信号的连续三次采样值X (k)、X (k+Ι)和X (k+2);
[0011] 确定滤波后信号的频率为
【主权项】
1. 一种基于谐波分析仪的电力谐波分析方法，其特征在于，包括： 确定预设基频，根据所述预设基频为输入信号设计第一 FIR梳状滤波器； 通过所述第一 FIR梳状滤波器对所述输入信号进行滤波，并确定滤波后信号的频率； 当所述滤波后信号的频率与所述预设基频之间的差值小于预设阈值时，将所述滤波后 信号的频率作为所述输入信号的基频； 根据所述基频确定谐波的频率，并为所述谐波设计第二FIR梳状滤波器； 通过所述第二FIR梳状滤波器对所述输入信号进行滤波，确定所述谐波的信号参数， 并将所述信号参数发送给谐波分析仪的处理单元，所述信号参数包括：信号幅值和信号相 位角。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括： 当所述滤波后信号的频率与所述预设基频之间的差值不小于预设阈值时，继续通过所 述第一 FIR梳状滤波器对所述滤波后信号进行滤波，直至再次滤波后信号的频率与所述预 设基频之间的差值小于预设阈值，并将所述再次滤波后信号的频率作为所述输入信号的基 频。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述确定滤波后信号的频率，包括： 获取所述滤波后信号的连续三次采样值x(k)、x(k+l)和x(k+2); 确定所述滤波后信号的频率为：
At为采样 时间间隔。
4. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述确定所述谐波的信号参数，包 括： 获取所述谐波的连续两次采样值Xi(k)和Xi (k+i); 确定所述谐波的信号幅值为4=2^1 ; 确定所述谐波的信号相位角为：t^iZangle(Ai); 其中，
fi为所述谐波的频率，At为采样时间间 隔。
5. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一 FIR梳状滤波器和所述第二 FIR梳状滤波器为FIR窗滤波器； 对于采样序列X (k) =Xcos (2 π fk Λ t+ Φ )，经过FIR窗滤波器进行滤波处理后：
窗校正因子。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定所述谐波的信号参数，包括： 获取所述谐波的连续两次采样值无(厂)和无& +1); 确定所述谐波的信号幅值为4=2^| ; 确定所述谐波的信号相位角为：t^iZangle(Ai);
,fi为所述谐波的 频率，At为采样时间间隔。
7. -种谐波分析仪，其特征在于，包括： 第一滤波设计模块，用于确定预设基频，根据所述预设基频为输入信号设计第一 FIR 梳状滤波器； 第一滤波模块，用于通过所述第一 FIR梳状滤波器对所述输入信号进行滤波，并确定 滤波后信号的频率； 基频确定模块，用于当所述滤波后信号的频率与所述预设基频之间的差值小于预设阈 值时，将所述滤波后信号的频率作为所述输入信号的基频； 第二滤波设计模块，用于根据所述基频确定谐波的频率，并为所述谐波设计第二FIR 梳状滤波器； 第二滤波模块，用于通过所述第二FIR梳状滤波器对所述输入信号进行滤波，确定所 述谐波的信号参数，并将所述信号参数发送给谐波分析仪的处理单元，所述信号参数包括： 信号幅值和信号相位角。
8. 根据权利要求7所述的谐波分析仪，其特征在于，第一滤波模块还用于：当所述滤波 后信号的频率与所述预设基频之间的差值不小于预设阈值时，继续通过所述第一 FIR梳状 滤波器对所述滤波后信号进行滤波，直至再次滤波后信号的频率与所述预设基频之间的差 值小于预设阈值； 基频确定模块还用于：将所述再次滤波后信号的频率作为所述输入信号的基频。
9. 根据权利要求7或8所述的谐波分析仪，其特征在于，所述第一滤波模块包括： 第一采集单元，用于获取所述滤波后信号的连续三次采样值x(k)、x(k+l)和x(k+2); 第一计算单元，用于确定所述滤波后信号的频率为
其中
I At为采样时间间隔。
10. 根据权利要求7或8所述的谐波分析仪，其特征在于，所述第二滤波模块包括： 第二采集单元，用于获取所述谐波的连续两次采样值 Xi(k)和Xi (k+1); 第二计算单元，用于确定所述谐波的信号幅值为4=2|化| ;确定所述谐波的信号相位 角为：Φ ^angle(Ai); 其中，
fi为所述谐波的频率，At为采样时间间 隔。
11. 根据权利要求7或8所述的谐波分析仪，其特征在于，所述第一滤波设计模块确定 的第一 FIR梳状滤波器和所述第二滤波设计模块确定的第二FIR梳状滤波器为FIR窗滤波 器； 对于采样序列X (k) =Xcos (2 π fk Λ t+ Φ)，经过FIR窗滤波器进行滤波处理后：
窗校正因子。
12.根据权利要求11所述的谐波分析仪，其特征在于，所述第二滤波模块包括： 第三采集单元，用于获取所述谐波的连续两次采样值无(々)和X +1); 第三计算单元，用于确定所述谐波的信号幅值为4=2|化| ;确定所述谐波的信号相位 角为：Φ ^angle(Ai);
，A为所述谐波的 频率，At为采样时间间隔。
【专利摘要】本发明公开了一种基于谐波分析仪的电力谐波分析方法和谐波分析仪，其中，该方法包括：确定预设基频，根据预设基频为输入信号设计第一FIR梳状滤波器；通过第一FIR梳状滤波器对输入信号进行滤波，并确定滤波后信号的频率；当滤波后信号的频率与预设基频之间的差值小于预设阈值时，将滤波后信号的频率作为输入信号的基频；根据基频确定谐波的频率，并为谐波设计第二FIR梳状滤波器；通过第二FIR梳状滤波器对输入信号进行滤波，确定谐波的信号参数，并将信号参数发送给谐波分析仪的处理单元。该电力谐波分析方法很容易实现，可以方便计算出谐波参数，精度高，且该方法不受频率漂移影响。
【IPC分类】G01R23-165, G01R23-167
【公开号】CN104678170
【申请号】CN201310641539
【发明人】李涛, 刘瑞, 徐鲲鹏, 皮学军, 贾伟, 亓学庆
【申请人】国家电网公司, 北京南瑞智芯微电子科技有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年12月3日