正弦信号的频率检测方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力技术领域，特别是设及一种正弦信号的频率检测方法和系统。
【背景技术】
[0002] 电力系统的频率测量、相位测量、幅值测量等在本质上均为正弦信号参数的测量。 傅里叶变换是实现正弦信号参数测量的基本方法，在电力系统中有广泛的应用。但随着正 弦参数测量技术的发展，傅里叶变换存在的问题也越显突出，其难W进一步满足电力系统 对正弦参数高准确度计算的要求。
[0003] 在电力系统正弦信号参数测量方面，还有一些改进的参数测量方法，如零交法、基 于滤波的测量法、基于小波变换法、基于神经网络的测量法、基于DFT变换的测量法等。但 是，W上所述方法对低频信号（比如，电网运行额定工频在50化附近）的测量精度低，且抗 谐波和噪声干扰性差。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种正弦信号的频率检测方法，其对电力 系统的低频正弦信号的正弦参数测量精度高，且抗谐波和噪声干扰性好。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种正弦信号的频率检测方法，包括W下步骤：
[0007] 根据正弦信号频率范围的下限和预设采样频率及预设信号周期数，获得初步采样 序列长度；
[0008] 根据所述初步采样序列长度，对所述正弦信号进行初步采样，获得所述正弦信号 的初步采样序列；
[0009] 对所述初步采样序列进行频率初测，生成所述正弦信号的初步频率，W所述初步 频率给定参考频率；
[0010] 根据预设采样频率和所述参考频率计算所述正弦信号的单位周期序列长度；
[0011] 根据所述预设信号周期数和所述单位周期序列长度，获得预设序列长度；
[0012] 根据预设序列长度，从所述初步采样序列中，获得正向信号序列；
[0013] 将所述正向信号序列反向输出，获得所述正向信号序列的反權序列；
[0014] 分别将所述反權序列和所述正向信号序列进行截短，获得序列长度相同的反權截 短序列和正向截短序列；
[0015] W所述参考频率的余弦函数和所述参考频率的正弦函数分别与所述反權序列相 乘，生成第一实频向量序列和第一虚频向量序列；
[0016] W所述参考频率的余弦函数和所述参考频率的正弦函数分别与所述反權截短序 列相乘，生成第二实频向量序列和第二虚频向量序列；
[0017] W所述参考频率的余弦函数和所述参考频率的正弦函数分别与所述正向信号序 列相乘，生成第Ξ实频向量序列和第Ξ虚频向量序列；
[0018] W所述参考频率的余弦函数和所述参考频率的正弦函数分别与所述正向截短序 列相乘，生成第四实频向量序列和第四虚频向量序列；
[0019] 分别对所述第一实频向量序列和所述第一虚频向量序列进行数字陷波，生成第一 实频向量陷波序列和第一虚频向量陷波序列；
[0020] 分别对所述第一实频向量陷波序列和所述第一虚频向量陷波序列进行积分运算， 生成第一实频向量积分值和第一虚频向量积分值；
[0021] 分别对所述第二实频向量序列和所述第二虚频向量序列进行数字陷波，生成第二 实频向量陷波序列和第二虚频向量陷波序列；
[0022] 分别对所述第二实频向量陷波序列和所述第二虚频向量陷波序列进行积分运算， 生成第二实频向量积分值和第二虚频向量积分值；
[0023] 分别对所述第Ξ实频向量序列和所述第Ξ虚频向量序列进行数字陷波，生成第Ξ 实频向量陷波序列和第Ξ虚频向量陷波序列；
[0024] 分别对所述第Ξ实频向量陷波序列和所述第Ξ虚频向量陷波序列进行积分运算， 生成第Ξ实频向量积分值和第Ξ虚频向量积分值；
[0025] 分别对所述第四实频向量序列和所述第四虚频向量序列进行数字陷波，生成第四 实频向量陷波序列和第四虚频向量陷波序列；
[00%] 分别对所述第四实频向量陷波序列和所述第四虚频向量陷波序列进行积分运算， 生成第四实频向量积分值和第四虚频向量积分值；
[0027] 根据预设的相位转换规则，将所述第一虚频向量积分值与所述第一实频向量积分 值转换为第一相位；
[0028] 根据预设的相位转换规则，将所述第二虚频向量积分值与所述第二实频向量积分 值转换为第二相位；
[0029] 根据预设的相位转换规则，将所述第Ξ虚频向量积分值与所述第Ξ实频向量积分 值转换为第Ξ相位；
[0030] 根据预设的相位转换规则，将所述第四虚频向量积分值与所述第四实频向量积分 值转换为第四相位；
[0031] 根据预设的相位扩展规则，对所述第一相位进行扩展，获得第一扩展相位；
[0032] 根据预设的相位扩展规则，对所述第二相位进行扩展，获得第二扩展相位；
[0033] 根据预设的相位扩展规则，对所述第Ξ相位进行扩展，获得第Ξ扩展相位；
[0034] 根据预设的相位扩展规则，对所述第四相位进行扩展，获得第四扩展相位；
[0035] 根据预设的截止相位转换规则，将所述第一扩展相位和所述第二扩展相位转换为 所述正弦信号的截止相位；
[0036] 根据预设的初相位转换规则，将所述第Ξ扩展相位和所述第四扩展相位转换为所 述正弦信号的初相位；
[0037] 将所述截止相位与所述初相位的差值转换为所述正弦信号的全相位差；
[0038] 将所述预设采样频率、所述预设序列长度和所述全相位差转换为所述正弦信号的 频率。
[0039] 本发明所要解决的技术问题还在于提供一种正弦信号的频率检测系统，其对低频 正弦信号的正弦参数测量精度高，且抗谐波和噪声干扰性好。 W40] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0041] 初步序列长度模块，用于根据正弦信号频率范围的下限和预设采样频率及预设信 号周期数，获得初步采样序列长度；
[0042] 初步采样模块，用于根据所述初步采样序列长度，对所述正弦信号进行初步采样， 获得所述正弦信号的初步采样序列；
[0043] 频率初测模块，用于对所述初步采样序列进行频率初测，生成所述正弦信号的初 步频率，W所述初步频率给定参考频率；
[0044] 周期序列模块，用于根据预设采样频率和所述参考频率计算所述正弦信号的单位 周期序列长度；
[0045] 序列长度模块，根据所述预设信号周期数和所述单位周期序列长度，获得预设序 列长度；
[0046] 正向信号序列模块，用于根据所述预设序列长度，从所述初步采样序列中，获得正 向信号序列；
[0047] 反權模块，用于将所述正向信号序列反向输出，获得所述正向信号序列的反權序 列；
[0048] 截短模块，用于分别将所述反權序列和所述正向信号序列进行截短，获得序列长 度相同的反權截短序列和正向截短序列。
[0049] 第一混频模块，用于W所述参考频率的余弦函数和所述参考频率的正弦函数分别 与所述反權序列相乘，生成第一实频向量序列和第一虚频向量序列；
[0050] 第二混频模块，用于W所述参考频率的余弦函数和所述参考频率的正弦函数分别 与所述反權截短序列相乘，生成第二实频向量序列和第二虚频向量序列；
[0051] 第Ξ混频模块，用于W所述参考频率的余弦函数和所述参考频率的正弦函数分别 与所述正向信号序列相乘，生成第Ξ实频向量序列和第Ξ虚频向量序列；
[0052] 第四混频模块，用于W所述参考频率的余弦函数和所述参考频率的正弦函数分别 与所述正向截短序列相乘，生成第四实频向量序列和第四虚频向量序列；
[0053] 第一陷波模块，用于分别对所述第一实频向量序列和所述第一虚频向量序列进行 数字陷波，生成第一实频向量陷波序列和第一虚频向量陷波序列；
[0054] 第一积分模块，用于分别对所述第一实频向量陷波序列和所述第一虚频向量陷波 序列进行积分运算，生成第一实频向量积分值和第一虚频向量积分值；
[0055] 第二陷波模块，用于分别对所述第二实频向量序列和所述第二虚频向量序列进行 数字陷波，生成第二实频向量陷波序列和第二虚频向量陷波序列；
[0056] 第二积分模块，用于分别对所述第二实频向量陷波序列和所述第二虚频向量陷波 序列进行积分运算，生成第二实频向量积分值和第二虚频向量积分值；
[0057] 第Ξ陷波模块，用于分别对所述第Ξ实频向量序列和所述第Ξ虚频向量序列进行 数字陷波，生成第Ξ实频向量陷波序列和第Ξ虚频向量陷波序列；
[0058] 第Ξ积分模块，用于分别对所述第Ξ实频向量陷波序列和所述第Ξ虚频向量陷波 序列进行积分运算，生成第Ξ实频向量积分值和第Ξ虚频向量积分值；
[0059] 第四陷波模块，分别对所述第四实频向量序列和所述第四虚频向量序列进行数字 陷波，生成第四实频向量陷波序列和第四虚频向量陷波序列；
[0060] 第四积分模块，用于分别对所述第四实频向量陷波序列和所述第四虚频向量陷波 序列进行积分运算，生成第四实频向量积分值和第四虚频向量积分值；
[0061] 第一相位模块，用于根据预设的相位转换规则，将所述第一虚频向量积分值与所 述第一实频向量积分值转换为第一相位；
[0062] 第二相位模块，用于将所述第二虚频向量积分值与所述第二实频向量积分值转换 为第二相位；
[0063] 第Ξ相位模块，用于将所述第Ξ虚频向量积分值与所述第Ξ实频向量积分值转换 为第Ξ相位；
[0064] 第四相位模块，用于将所述第四虚频向量积分值与所述第四实频向量积分值转换 为第四相位；
[0065] 第一相位扩展模块，用于根据预设的相位扩展规则，对所述第一相位进行扩展，获 得第一扩展相位；
[0066] 第二相位扩展模块，用于根据预设的相位扩展规则，对所述第二相位进行扩展，获 得第二扩展相位；
[0067] 第Ξ相位扩展模块，用于根据预设的相位扩展规则，对所述第Ξ相位进行扩展，获 得第Ξ扩展相位；
[0068] 第四相位扩展模块，用于根据预设的相位扩展规则，对所述第四相位进行扩展，获 得第四扩展相位；
[0069] 截止相位模块，用于根据预设的截止相位转换规则，将所述第一扩展相位和所述 第二扩展相位转换为所述正弦信号的截止相位；
[0070] 初相位模块，用于根据预设的初相位转换规则，将所述第Ξ扩展相位和所述第四 扩展相位转换为所述正弦信号的初相位；
[0071] 全相位差模块，用于将所述截止相位与所述初相位的差值转换为所述正弦信号的 全相位差；
[0072] 频率模块，用于将所述预设采样频率、所述预设序列长度和所述全相位差转换为 所述正弦信号的频率。
[0073] 本发明与现有技术相比的有益效果是：将所述正向信号序列反向输出获得反權序 列，将反權序列进行截短处理，获得反權截短序列；W所测参考频率的余弦函数和所述参考 频率的正弦函数分别与反權序列和反權截短序列相乘，生成两组实频向量序列和虚频向量 序列；通过对两组虚频向量序列和实频向量序列数字陷波，生成两组虚数向量陷波序列和 实数向量陷波序列，进而积分生成两组虚数向量积分值和实数向量积分值；再根据预设的 相位转换规则，将两组实数向量积分值和虚数向量积分值转换为两个相位；再将两个相位 进行扩展，获得扩展相位；根据预设的相位转换规则，将两个扩展相位转换为所述正弦信号 的截止相位，将所述截止相位与所述初相位的差值转换为所述正弦信号的全相位差，将所 述预设采样频率、所述预设序列长度和所述全相位差转换为所述正弦信号的频率。
[0074] 由于数字陷波可W在某一个频率点迅速衰减输入信号，W达到阻碍此频率信号通 过的效果，因此，当该数字陷波的陷波频率点设为对应混频干扰频率点时，该数字陷波对所 述混频干扰频率具有深度的抑制作用。如此，采用本发明的正弦信号的频率检测方法和设 备，其对低频正弦信号的频率测量精度高，且抗谐波和噪声干扰性好。
【附图说明】
[00巧]图1是本发明正弦信号的频率检测方法在一些实施方式中的流程示意图。
[0076]图2是本发明正弦信号的频率检测系统在一些实施方式中的结构示意图。
[0077] 图3是本发明正弦信号的频率检测方法的信号序列与截短信号序列示意图。
[0078]图4是本发明正弦信号的频率检测系统的频率检测相对误差的实验结果示意图。
[0079] 图5是本发明正弦信号的频率检测系统的Ξ角窗函数1外形与Ξ角窗算术平均陷 波器1的频域特性示意图。
[0080] 图6是本发明正弦信号的频率检测系统的Ξ角窗函数2外形与Ξ角窗算术平均陷 波器2的频域特性示意图。
【具体实施方式】
[0081] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步地详细描述。
[0082] 本发明中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定