正弦信号的幅值检测方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种正弦信号的幅值检测方法和系统。
【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，其难以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，以上所述方法对低频信号（比如，电网运行额定工频在50Hz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，提供一种一种正弦信号的幅值检测方法，其对 电力系统的低频正弦信号的幅值测量精度高，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] 一种正弦信号的幅值检测方法，包括以下步骤：
[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 的初步米样序列；
[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，以所述初步 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，获得信号序列；
[0013] 对所述信号序列进行截短处理，获得截短信号序列；
[0014] 以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信号序列相 乘，生成第一实频向量序列和第一虚频向量序列；
[0015] 以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截短信号序 列相乘，生成第二实频向量序列和第二虚频向量序列；
[0016] 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；
[0017] 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；
[0018] 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；
[0019] 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；
[0020] 根据预设的相位和幅值转换规则，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和序列幅值；
[0021] 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；
[0022] 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；
[0023] 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；
[0024] 根据预设的频差转换规则，将所述第一扩展相位和所述第二扩展相位转换为所述 正弦信号频率与所述参考频率的频差；
[0025] 根据预设的幅值转换规则，将所述序列幅值、所述正弦信号频率与所述参考频率 的频差转换为所述正弦信号的基波幅值。
[0026] -种正弦信号的幅值检测系统，包括：
[0027] 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；
[0028] 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；
[0029] 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，以所述初步频率给定参考频率；
[0030] 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；
[0031] 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；
[0032] 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，获得信号序 列；
[0033] 截短序列模块，用于对所述信号序列进行截短处理，获得截短信号序列，；
[0034] 第一混频模块，用于以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 与所述信号序列相乘，生成第一实频向量序列和第一虚频向量序列；
[0035] 第二混频模块，用于以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 与所述截短信号序列相乘，生成第二实频向量序列和第二虚频向量序列；
[0036] 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；
[0037] 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；
[0038] 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；
[0039] 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；
[0040] 第一相位模块，用于根据预设的相位和幅值转换规则，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和序列幅值；
[0041] 第二相位模块，用于根据所述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；
[0042] 第一相位扩展模块，用于根据预设的相位扩展规则，将所述第一相位扩展为第一 扩展相位；
[0043] 第二相位扩展模块，用于根据预设的相位扩展规则，将所述第二相位扩展为第二 扩展相位；
[0044] 第一相位扩展模块，用于根据预设的相位扩展规则，将所述第一相位扩展为第一 扩展相位；
[0045] 第二相位扩展模块，用于根据预设的相位扩展规则，将所述第二相位扩展为第二 扩展相位；
[0046] 频差转换模块，用于根据预设的频差转换规则，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频率与所述参考频率的频差；
[0047] 幅值转换模块，用于根据预设的幅值转换规则，将所述序列幅值、所述正弦信号频 率与所述参考频率的频差转换为所述正弦信号的基波幅值。
[0048] 本发明与现有技术相比的有益效果是：上述正弦信号的幅值检测方法和系统，对 采样所得的信号序列进行截短处理，获得截短信号序列；以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所述信号序列和所述截短信号序列相乘，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序列幅 值和两个相位；再将两个相位进行扩展，获得扩展相位；根据预设的频差转换规则，将两个 扩展相位转换为所述正弦信号频率与所述参考频率的频差；根据预设的幅值转换规则，将 所述序列幅值、所述正弦信号频率与所述参考频率的频差转换为所述正弦信号的基波幅 值。
[0049] 由于数字陷波可以在某一个频率点迅速衰减输入信号，以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幅值检测方法和设 备，其对低频正弦信号的幅值测量精度高，且抗谐波和噪声干扰性好。
【附图说明】
[0050] 图1是本发明正弦信号的幅值检测方法在一些实施方式中的流程示意图。
[0051] 图2是本发明正弦信号的幅值检测系统在一些实施方式中的结构示意图。
[0052] 图3是本发明正弦信号的幅值检测方法的信号序列与截短信号序列示意图。
[0053] 图4是本发明正弦信号的幅值检测系统的基波幅值检测相对误差实验结果示意 图。
[0054] 图5是本发明正弦信号的幅值检测系统的三角窗函数1外形与三角窗算术平均陷 波器1的频域特性示意图。
[0055] 图6是本发明正弦信号的幅值检测系统的三角窗函数2外形与三角窗算术平均陷 波器2的频域特性示意图。
【具体实施方式】
[0056] 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。
[0057] 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。
[0058] 在一些实施例中，如图1所示，正弦信号的幅值检测方法包括以下步骤：
[0059] S101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；
[0060] S102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；
[0061] S103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，以所述 初步频率给定参考频率；
[0062] S104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；
[0063] S105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；
[0064] S106根据预设序列长度，从所述初步采样序列中，获得信号序列；
[0065] S107对所述信号序列进行截短处理，获得截短信号序列；
[0066] S108以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信号序 列相乘，生成第一实频向量序列和第一虚频向量序列；
[0067] S109以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截短信 号序列相乘，生成第二实频向量序列和第二虚频向量序列；
[0068] S110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