本發(fā)明涉及電網(wǎng)頻率測量技術(shù)領(lǐng)域，更具體的，涉及一種基于頻譜極值點的電網(wǎng)基波頻率檢測方法及裝置。

背景技術(shù)：

電網(wǎng)基波頻率是影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要因素，是衡量電能指標的要素之一。GB/T15945-2008《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》對電網(wǎng)的頻率及偏差給出了明確規(guī)定：電網(wǎng)基波頻率的標稱值為50Hz，頻率偏差限值為±0.2Hz，當系統(tǒng)容量較小時可以放寬到±0.5Hz。同時還給出了電網(wǎng)基波頻率測量的取樣時間是1s、3s或10s，以及測量精度是0.01Hz的要求。隨著數(shù)字化測量技術(shù)的發(fā)展，基于數(shù)字信號處理算法的頻率測量得到了越來越廣泛的應(yīng)用，離散傅立葉變換DFT和快速傅立葉變換FFT作為經(jīng)典的數(shù)字濾波算法之一，目前在電氣信號頻率測量乃至電參量檢測領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。在采樣頻率和數(shù)據(jù)窗選擇合適的情況下，DFT和FFT能準確求出電網(wǎng)頻率。

DFT或FFT分離信號的基波及各次諧波分量，從而得到信號的基波頻率。由于DFT或FFT方法具有內(nèi)在的時域加窗和頻域采樣特性，當采樣不同步時，會產(chǎn)生頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)，導(dǎo)致檢測出現(xiàn)誤差，但由于電力系統(tǒng)負荷在不斷變動，其大小、電源出力及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)追隨負荷變化又有一定的慣性，致使系統(tǒng)頻率總是一直處于變動的狀態(tài)之中。工程實際中實現(xiàn)嚴格同步采樣十分困難，為減小頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)影響，人們開始致力于減少頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)算法的研究，如準同步采樣算法、非整周期采樣法、加窗插值法和離散頻譜分析與校正方法等。這些方法雖然不要求采樣周期與被測信號周期嚴格同步，但計算量大，實時性較差，同時需構(gòu)造窗函數(shù)，使電網(wǎng)基波頻率的檢測變得十分復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于頻譜極值點的電網(wǎng)基波頻率檢測方法及裝置，根據(jù)頻率極值點檢測電網(wǎng)頻率，不要求同步采樣，所需的采樣時間窗口滿足國家標準規(guī)定的頻率檢測時間要求，且運算簡單，易于實現(xiàn)。

具體技術(shù)方案如下：

一種基于頻譜極值點的電網(wǎng)基波頻率檢測方法，所述方法包括：

以預(yù)設(shè)采樣頻率fs在預(yù)設(shè)時間內(nèi)對電網(wǎng)的電壓信號或電流信號進行時域采樣，得到連續(xù)N個離散采樣值{x(k),k＝0,1,2...N-1}，所述預(yù)設(shè)時間至少為1s；

取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行DFT或FFT變換后得到多個信號能量值X(i)；

基于各個所述信號能量值繪制被測信號的頻譜圖，所述頻率i的取值范圍為[49.5,50.5]Hz，分辨率為0.01Hz。

根據(jù)所述頻譜圖求取極值點，并將所述極值點的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值。

優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)采樣頻率為n*2*h*50，其中，h為電網(wǎng)的最高次諧波的階次，n為正整數(shù)。

優(yōu)選的，測量電路的信噪比大于等于20dB。

優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)時間為1s、3s或10s。

優(yōu)選的，當取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行DFT變換后得到多個信號能量值

優(yōu)選的，當取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行FFT變換后得到多個信號能量值

優(yōu)選的，所述根據(jù)所述頻譜圖求取極值點，并將所述極值點的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值，包括：

S1：將所述信號能量值的最大值X_max設(shè)為0，并將所述極值點的初始值fEP設(shè)為49.5Hz；

S2：判斷X(fEP)是否大于X_max；

S3：若X(fEP)不大于X_max，令X_max＝X(fEP)，fEP＝fEP+df，返回S2，所述df≤0.01；

S4：若X(fEP)大于X_max，將fEP確定為極值點，并將所述極值點的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值。

一種基于頻譜極值點的電網(wǎng)基波頻率檢測裝置，包括：

采樣單元，用于以預(yù)設(shè)采樣頻率fs在預(yù)設(shè)時間內(nèi)對電網(wǎng)的電壓信號或電流信號進行時域采樣，得到連續(xù)N個離散采樣值{x(k),k＝0,1,2...N-1}，所述預(yù)設(shè)時間至少為1s；

變換單元，用于取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行DFT或FFT變換后得到多個信號能量值X(i)；

繪制單元，用于基于各個所述信號能量值繪制被測信號的頻譜圖，所述頻率i的取值范圍為[49.5,50.5]Hz，分辨率為0.01Hz。

求取單元，用于根據(jù)所述頻譜圖求取極值點，并將所述極值點的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值。

優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)采樣頻率為n*2*h*50，其中，h為電網(wǎng)的最高次諧波的階次，n為正整數(shù)。

優(yōu)選的，所述求取單元包括：

初始化子單元，用于將所述信號能量值的最大值X_max設(shè)為0，并將所述極值點的初始值fEP設(shè)為49.5Hz；

判斷子單元，用于判斷X(fEP)是否大于X_max，若是，觸發(fā)確定子單元；若否，觸發(fā)執(zhí)行子單元；

執(zhí)行子單元，用于令X_max＝X(fEP)，fEP＝fEP+df，所述df≤0.01，并觸發(fā)所述判斷子單元；

確定子單元，用于將fEP確定為極值點，并將所述極值點的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明提供的基于頻譜極值點的電網(wǎng)基波頻率檢測方法及裝置，以預(yù)設(shè)采樣頻率fs在預(yù)設(shè)時間內(nèi)對電網(wǎng)的電壓信號或電流信號進行時域采樣，得到連續(xù)N個離散采樣值{x(k),k＝0,1,2...N-1}，所述預(yù)設(shè)時間至少為1s；取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行DFT或FFT變換后得到多個信號能量值X(i)；基于各個所述信號能量值繪制被測信號的頻譜圖，所述頻率i的取值范圍為[49.5,50.5]Hz，分辨率為0.01Hz；根據(jù)所述頻譜圖求取極值點，并將所述極值點的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值。本發(fā)明提供的檢測方法不要求同步采樣，所需的采樣時間窗口滿足國家標準規(guī)定的頻率檢測時間要求，且運算簡單，易于實現(xiàn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例公開的一種基于頻譜極值點的電網(wǎng)基波頻率檢測方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例公開的一種基于頻譜極值點的電網(wǎng)基波頻率檢測方法流程圖；

圖3為本發(fā)明實施例公開的一種基于頻譜極值點的電網(wǎng)基波頻率檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1，本實施例公開了一種基于頻譜極值點的電網(wǎng)基波頻率檢測方法，具體包括以下步驟：

S101：以預(yù)設(shè)采樣頻率fs在預(yù)設(shè)時間內(nèi)對電網(wǎng)的電壓信號或電流信號進行時域采樣，得到連續(xù)N個離散采樣值{x(k),k＝0,1,2...N-1}，所述預(yù)設(shè)時間至少為1s；

需要說明的是，我國電網(wǎng)基波頻率的標稱值為50Hz，電網(wǎng)電壓信號或電流信號以基波分量為主，還含有一定的高次諧波成分。設(shè)電網(wǎng)的電壓或電流為x(t)，其中，t為采樣時間，首先以預(yù)設(shè)采樣頻率fs對x(t)進行時域采樣，得到連續(xù)N個離散采樣值{x(k),k＝0,1,2...N-1}。

為避免頻率混疊，預(yù)設(shè)采樣頻率需要滿足采樣定理，預(yù)設(shè)采樣頻率fs至少是原信號中最高次諧波階次的2倍，將所述預(yù)設(shè)采樣頻率確定為n*2*h*50，其中，h為電網(wǎng)的最高次諧波的階次，n為正整數(shù)。

還需要說明的是，為了保證頻率的測量精度，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的有效位大于等于10位，測量電路的信噪比大于等于20dB。

另外，需要說明的是，所述預(yù)設(shè)時間為1s、3s或10s。滿足國家標準規(guī)定的頻率檢測時間要求。

S102：取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行DFT或FFT變換后得到多個信號能量值X(i)；

具體的，當取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行DFT變換后得到多個信號能量值當取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行FFT變換后得到多個信號能量值

S103：基于各個所述信號能量值繪制被測信號的頻譜圖，所述頻率i的取值范圍為[49.5,50.5]Hz，分辨率為0.01Hz；

S104：根據(jù)所述頻譜圖求取極值點，并將所述極值點的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值。

需要說明的是，極值點可以通過窮舉法或?qū)?yōu)法進行求解，請參閱圖2，以窮舉法為例對S104的具體執(zhí)行過程進行說明如下：

S1：將所述信號能量值的最大值X_max設(shè)為0，并將所述極值點的初始值fEP設(shè)為49.5Hz；

S2：判斷X(fEP)是否大于X_max；

S3：若X(fEP)不大于X_max，令X_max＝X(fEP)，fEP＝fEP+df，返回S2，所述df≤0.01；

S4：若X(fEP)大于X_max，將fEP確定為極值點，并將所述極值點的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值。

本實施例提供了一種基于頻譜極值點的電網(wǎng)基波頻率檢測方法，根據(jù)頻率極值點檢測電網(wǎng)頻率，不要求同步采樣，所需的采樣時間窗口滿足國家標準規(guī)定的頻率檢測時間要求，且運算簡單，易于實現(xiàn)。

基于上述實施例公開的基于頻譜極值點的電網(wǎng)基波頻率檢測方法，請參閱圖3，本實施例對應(yīng)公開了一種基于頻譜極值點的電網(wǎng)基波頻率檢測裝置，包括：

采樣單元101，用于以預(yù)設(shè)采樣頻率fs在預(yù)設(shè)時間內(nèi)對電網(wǎng)的電壓信號或電流信號進行時域采樣，得到連續(xù)N個離散采樣值{x(k),k＝0,1,2...N-1}，所述預(yù)設(shè)時間至少為1s；

為避免頻率混疊，預(yù)設(shè)采樣頻率需要滿足采樣定理，預(yù)設(shè)采樣頻率fs至少是原信號中最高次諧波階次的2倍，將所述預(yù)設(shè)采樣頻率確定為n*2*h*50，其中，h為電網(wǎng)的最高次諧波的階次，n為正整數(shù)。

還需要說明的是，為了保證頻率的測量精度，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的有效位大于等于10位，測量電路的信噪比大于等于20dB。

另外，需要說明的是，所述預(yù)設(shè)時間為1s、3s或10s。滿足國家標準規(guī)定的頻率檢測時間要求。

變換單元102，用于取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行DFT或FFT變換后得到多個信號能量值X(i)；

具體的，當取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行DFT變換后得到多個信號能量值當取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行FFT變換后得到多個信號能量值

繪制單元103，用于基于各個所述信號能量值繪制被測信號的頻譜圖，所述頻率i的取值范圍為[49.5,50.5]Hz，分辨率為0.01Hz；

求取單元104，用于根據(jù)所述頻譜圖求取極值點，并將所述極值點的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值。

需要說明的是，求取單元可以通過窮舉法或?qū)?yōu)法進行求解，以窮舉法為例求取單元104可以包括以下子單元：

初始化子單元，用于將所述信號能量值的最大值X_max設(shè)為0，并將所述極值點的初始值fEP設(shè)為49.5Hz；

判斷子單元，用于判斷X(fEP)是否大于X_max，若是，觸發(fā)確定子單元；若否，觸發(fā)執(zhí)行子單元；

執(zhí)行子單元，用于令X_max＝X(fEP)，fEP＝fEP+df，所述df≤0.01，并觸發(fā)所述判斷子單元；

確定子單元，用于將fEP確定為極值點，并將所述極值點的值確定為電網(wǎng)基波頻率的值。

本實施例公開的基于頻譜極值點的電網(wǎng)基波頻率檢測裝置，不需要同步采樣，就能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)基波頻率的快速、準確的檢測，運算簡單，易于實現(xiàn)。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。