电力信号的正弦参数测量方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电力信号的正弦参数测量方法和系统，所述方法包括：对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并以所述初步基波频率为参考频率将所述参考频率的余弦函数和正弦函数分别与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列和实数向量序列；通过对实数向量序列和虚数向量序列数字滤波，生成实数向量滤波序列和虚数向量滤波序列，进而积分生成实数向量积分值和虚数向量积分值；再根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数。实施本发明，可抑制实数向量序列和虚数向量序列中的混频干扰成分，生成高精度的实数向量和虚数向量序列积分值，最终获得精度较高的正弦参数。
【专利说明】电力信号的正弦参数测量方法和系统 【【技术领域】】
[0001] 本发明设及电力【技术领域】，特别是设及一种电力信号的正弦参数测量方法和系 统。 【【背景技术】】
[0002] 电力系统的频率测量、谐波测量、功率测量等在本质上均为正弦参数的测量。傅里 叶变换等是实现正弦参数测量的基本方法，在电力系统有广泛的应用。但随着正弦测量技 术的发展，傅里叶变换存在的问题也越显突出，难W进一步满足正弦参数高精度计算的要 求。
[0003] 电力系统功率计算首先是电压电流幅值和相位的计算，而电压电流幅值和相位的 计算又首先是频率的计算，可认为频率测量是正弦参数计算的基础。在电力系统频率测量 方面，有形式各样的频率测量或计算方法，如零交法、基于滤波的算法、基于小波变换算法、 基于神经网络的算法、基于DFT变换的频率算法、基于相位差的频率算法等。
[0004] 但是，电网运行额定工频为50化，属于较低的频率，W上所述的频率测量方法对低 频信号的频率测量精度不高，且抗噪声干扰性差，易导致正弦参数的测量精度低、抗噪声干 扰性差。 【
【发明内容】
】
[0005] 基于此，有必要针对W上所述的频率测量方法对低频信号的频率测量精度不高， 且抗噪声干扰性差，易导致正弦参数的测量精度低、抗噪声干扰性差的问题，提供一种电力 信号的正弦参数测量方法和系统。
[0006] 一种电力信号的正弦参数测量方法，包括W下步骤：
[0007] 根据预设时间长度和预设采样频率，对电力信号进行采样，生成采样数据序列； [000引对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并W所述初步基 波频率为参考频率；
[0009] 将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列；
[0010] 对所述实数向量序列进行数字滤波，生成实数向量滤波序列；
[0011] 对所述实数向量滤波序列进行积分运算，生成实数向量积分值；
[0012] 将所述参考频率的正弦函数与所述采样数据序列相乘，获得虚数向量序列；
[0013] 对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波序列；
[0014] 对所述虚数向量滤波序列进行积分运算，生成虚数向量积分值；
[0015] 根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转 换为相应的正弦参数。
[0016] 一种电力信号的正弦参数测量系统，包括：
[0017] 采样模块，用于根据预设时间长度和预设采样频率，对电力信号进行采样，生成采 样数据序列；
[001引初测模块，用于对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并 W所述初步基波频率为参考频率；
[0019] 实数向量序列模块，用于将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相乘， 生成实数向量序列；
[0020] 实数向量滤波模块，用于对所述实数向量序列进行数字滤波，生成实数向量滤波 序列；
[0021] 实数向量积分模块，用于对所述实数向量滤波序列进行积分运算，生成实数向量 积分值；
[0022] 虚数向量序列模块，用于将所述参考频率的正弦函数与所述采样数据序列相乘， 获得虚数向量序列；
[0023] 虚数向量滤波模块，用于对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波 序列；
[0024] 虚数向量积分模块，用于对所述虚数向量滤波序列进行积分运算，生成虚数向量 积分值；
[0025] 正弦参数测量模块，用于根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值 和所述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数。
[0026] 上述电力信号的正弦参数测量方法和系统，对所述采样数据序列的基波频率进行 初测，获得初步基波频率，并W所述初步基波频率为参考频率将所述参考频率的余弦函数 和正弦函数分别与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列和实数向量序列；通过对虚 数向量序列和实数向量序列数字滤波，生成虚数向量滤波序列和实数向量滤波序列，进而 积分生成虚数向量积分值和实数向量积分值；再根据预设的正弦参数转换规则，将所述实 数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数。数字滤波可抑制虚数向量序 列和实数向量序列中的混频干扰成分，得到高精度的虚数向量积分值和实数向量积分值， 最终获得精度较高的正弦参数。 【【专利附图】
【附图说明】】
[0027] 图1是本发明电力信号的正弦参数测量方法的流程示意图；
[002引图2是本发明电力信号的正弦参数测量系统的结构示意图。
[0029] 图3是本发明电力信号的正弦参数测量方法中数字滤波的频域滤波特性示意图；
[0030] 图4是本发明电力信号的正弦参数测量方法中混频成分抑制特性示意图。 【【具体实施方式】】
[0031] 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。
[0032] 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W调整的。
[0033] 请参阅图1，图1是本发明电力信号的正弦参数测量方法的流程示意图。
[0034] 本实施方式的所述电力信号的正弦参数测量方法，可包括W下步骤：
[0035] 步骤SlOl，根据预设时间长度和预设采样频率，对电力信号进行采样，生成采样数 据序列。
[0036] 步骤S102,对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并W所 述初步基波频率为参考频率。
[0037] 步骤S103,将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相乘，生成实数向量 序列。
[003引步骤S104,对所述实数向量序列进行数字滤波，生成实数向量滤波序列。
[0039] 步骤S105,对所述实数向量滤波序列进行积分运算，生成实数向量积分值。
[0040] 步骤S106,将所述参考频率的正弦函数与所述采样数据序列相乘，获得虚数向量 序列。
[0041] 步骤S107,对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波序列。
[0042] 步骤S108,对所述虚数向量滤波序列进行积分运算，生成虚数向量积分值。
[0043] 步骤S109,根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向 量积分值转换为相应的正弦参数。
[0044] 本实施方式，对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并W 所述初步基波频率为参考频率将所述参考频率的余弦函数和正弦函数分别与所述采样数 据序列相乘，生成实数向量序列和实数向量序列；通过对虚数向量序列和实数向量序列数 字滤波，生成虚数向量滤波序列和实数向量滤波序列，进而积分生成虚数向量积分值和实 数向量积分值；再根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量 积分值转换为相应的正弦参数。数字滤波可抑制虚数向量序列和实数向量序列中的混频干 扰成分，得到高精度的虚数向量积分值和实数向量积分值，最终获得精度较高的正弦参数。
[0045] 其中，对于步骤S101，所述电力信号包括正弦基波信号、正弦1/3谐波成分、正弦 1/2谐波成分、正弦2次谐波成分、正弦3次谐波成分、正弦4次谐波成分和正弦5次谐波成 分。优选地可通过电网领域的采样设备对所述电力信号进行采样，获得采样数据序列。
[0046] 优选地，可根据在额定频率50化，采样频率远大于电力系统额定频率的原则设置 预设数的采样频率。
[0047] 进一步地，为了保证一定的频率测量实时性，可取信号时间长度等于0. 25s。
[0048] 更进一步地，电力系统额定频率50化，为了提高性能，采样频率应远大于50化，优 选地，设置采样频率等于4= 5000化，采样间隔表达为式（1): T =丄
[0049] n f。 a);
[0化0] 式中，T。为采样间隔，单位s ;f。为所述预设采样频率，单位化。
[0化1] 对于步骤S102,可通过零交法对所述采样数据序列进行频率初测，获取所述初步 频率。还可通过本领域技术人员惯用的其他频率测量方法对所述采样数据序列进行频率初 测。
[0化2] 对于步骤S103,优选地，可通过乘法器将所述参考频率的余弦函数与所述采样数 据序列相乘，生成实数向量序列。所述乘法器是一种混频器。
[0053] 在一个实施例中，所述实数向量序列、即实数混频序列如式（2)所示：
[0054]
【权利要求】
1. 一种电力信号的正弦参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤： 根据预设时间长度和预设采样频率，对电力信号进行采样，生成采样数据序列； 对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并以所述初步基波频 率为参考频率； 将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列； 对所述实数向量序列进行数字滤波，生成实数向量滤波序列； 对所述实数向量滤波序列进行积分运算，生成实数向量积分值； 将所述参考频率的正弦函数与所述采样数据序列相乘，获得虚数向量序列； 对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波序列； 对所述虚数向量滤波序列进行积分运算，生成虚数向量积分值； 根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为 相应的正弦参数。
2. 根据权利要求1所述的电力信号的正弦参数测量方法，其特征在于，所述正弦参数 包括基波频率、基波幅值、基波相位、谐波幅值、谐波相位、有功功率和无功功率中的至少一 种。
3. 根据权利要求1所述的电力信号的正弦参数测量方法，其特征在于，根据预设的正 弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数的 步骤包括以下步骤： 获取所述实数向量积分值与所述虚数向量积分值的平方和； 对获取的平方和开根，生成正弦幅值。
4. 根据权利要求1所述的电力信号的正弦参数测量方法，其特征在于，根据预设的正 弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数的 步骤包括以下步骤： 获取所述虚数向量积分值与所述实数向量积分值的比值； 获取所述比值的反正切函数值的相反数，生成正弦相位。
5. 根据权利要求1所述的电力信号的正弦参数测量方法，其特征在于，所述电力信号 包括正弦基波信号、正弦1/3谐波成分、正弦1/2谐波成分、正弦2次谐波成分、正弦3次谐 波成分、正弦4次谐波成分和正弦5次谐波成分。
6. 根据权利要求1至5中的任意一项所述的电力信号的正弦参数测量方法，其特征在 于，对所述实数向量序列进行数字滤波，生成实数向量滤波序列的步骤包括以下步骤： 通过第一滤波器对所述实数向量序列进行三级数字滤波，生成第一滤波数据序列，其 中，所述第一滤波器的每级数字滤波的滤波参数均为所述参考频率的单位周期序列长度的 2倍； 通过第二滤波器对所述第一滤波数据序列进行三级数字滤波，生成所述实数向量滤波 序列，其中，所述第二滤波器的每级数字滤波的滤波参数为所述参考频率单位周期序列长 度的1. 5倍。
7. 根据权利要求1至5中的任意一项所述的电力信号的正弦参数测量方法，其特征在 于，对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波序列的步骤包括以下步骤： 通过第三滤波器对所述虚数向量序列进行三级数字滤波，生成第二滤波数据序列，其 中，所述第三滤波器的每级数字滤波的滤波参数均为所述参考频率的单位周期序列长度的 2倍； 通过第四滤波器对所述第二滤波数据序列进行三级数字滤波，生成所述虚数向量滤波 序列，其中，所述第四滤波器的每级数字滤波的滤波参数为所述参考频率单位周期序列长 度的1. 5倍。
8. -种电力信号的正弦参数测量系统，其特征在于，包括： 采样模块，用于根据预设时间长度和预设采样频率，对电力信号进行采样，生成采样数 据序列； 初测模块，用于对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并以所 述初步基波频率为参考频率； 实数向量序列模块，用于将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相乘，生成 实数向量序列； 实数向量滤波模块，用于对所述实数向量序列进行数字滤波，生成实数向量滤波序 列； 实数向量积分模块，用于对所述实数向量滤波序列进行积分运算，生成实数向量积分 值； 虚数向量序列模块，用于将所述参考频率的正弦函数与所述采样数据序列相乘，获得 虚数向量序列； 虚数向量滤波模块，用于对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波序 列； 虚数向量积分模块，用于对所述虚数向量滤波序列进行积分运算，生成虚数向量积分 值； 正弦参数测量模块，用于根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所 述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数。
9. 根据权利要求8所述的电力信号的正弦参数测量系统，其特征在于，所述实数向量 滤波模块包括第一滤波模块和第二滤波模块，其中： 所述第一滤波模块用于通过第一滤波器对所述实数向量序列进行三级数字滤波，生成 第一滤波数据序列，其中，所述第一滤波器的每级数字滤波的滤波参数均为所述参考频率 的单位周期序列长度的2倍； 所述第二滤波模块用于通过第二滤波器对所述第一滤波数据序列进行三级数字滤波， 生成所述实数向量滤波序列，其中，所述第二滤波器的每级数字滤波的滤波参数为所述参 考频率单位周期序列长度的1. 5倍。
10. 根据权利要求8项所述的电力信号的正弦参数测量系统，其特征在于，所述虚数向 量滤波模块包括第三滤波模块和第四滤波模块，其中： 所述第三滤波模块用于通过第三滤波器对所述虚数向量序列进行三级数字滤波，生成 第二滤波数据序列，其中，所述第三滤波器的每级数字滤波的滤波参数均为所述参考频率 的单位周期序列长度的2倍； 所述第四滤波模块用于通过第四滤波器对所述第二滤波数据序列进行三级数字滤波， 生成所述虚数向量滤波序列，其中，所述第四滤波器的每级数字滤波的滤波参数为所述参 考频率单位周期序列长度的1. 5倍。
【文档编号】G01R23/02GK104502700SQ201410850215
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】李军 申请人:广东电网有限责任公司电力科学研究院