一種基于過零時(shí)域特性的電力信號(hào)頻率計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力信號(hào)頻率計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于過零時(shí)域特性的電力信 號(hào)頻率計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力信號(hào)的頻率穩(wěn)態(tài)特性指的是電力信號(hào)穩(wěn)態(tài)頻率變化持續(xù)時(shí)間需要4~ IOs (參見文獻(xiàn)《現(xiàn)代電網(wǎng)頻率控制應(yīng)用技術(shù)》，高翔等編寫，2010年，中國電力出版社，P30 與P141)，也即可以認(rèn)為在4~IOs這段時(shí)間內(nèi)電力信號(hào)頻率是恒定的。
[0003] 電力信號(hào)的過零時(shí)域特性指的是（1)不含諧波的電力信號(hào)的實(shí)際過零點(diǎn)只有一 個(gè)（從波峰到相鄰的波谷或者從波谷到相鄰的波峰這個(gè)過程），或者由正到負(fù)，或者由負(fù)到 正，理論過零點(diǎn)與實(shí)際過零點(diǎn)個(gè)數(shù)相同，如圖1所示；（2)不含諧波的電力信號(hào)在兩個(gè)理論 過零點(diǎn)之間，不會(huì)再出現(xiàn)實(shí)際過零點(diǎn)，如圖2所示；（3)含高次諧波的電力信號(hào)的實(shí)際過零 點(diǎn)不止一個(gè)（從波峰到相鄰的波谷或者從波谷到相鄰的波峰這個(gè)過程），但不管有多少個(gè)， 其個(gè)數(shù)一定是奇數(shù)，理論過零點(diǎn)只有一個(gè)，如圖3所示；含高次諧波的電力信號(hào)在兩個(gè)理論 過零點(diǎn)之間，可能會(huì)因諧波含量過大而出現(xiàn)實(shí)際過零點(diǎn)，其個(gè)數(shù)一定是偶數(shù)，如圖4所示。
[0004] 現(xiàn)有的電力信號(hào)綜合分析軟件、電能質(zhì)量測試分析系統(tǒng)在分析含高次諧波的電力 信號(hào)時(shí)，頻率計(jì)算誤差較大，不能滿足用戶的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于過零時(shí)域特性的電力信號(hào)頻率計(jì)算方法，提高含 高次諧波的電力信號(hào)頻率的計(jì)算精度。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0007] -種基于過零時(shí)域特性的電力信號(hào)頻率計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0008] ⑴在采樣時(shí)間q*T內(nèi)對(duì)待測電力信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行均勻采樣，獲得q*N個(gè)采樣點(diǎn)Xl， 其中，q表示小于200的自然數(shù)，T = 0. 02s，N表示每個(gè)T內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，Xi表示位置編號(hào) 為i的采樣點(diǎn)的電力信號(hào)值，i = 〇、1、2、"·、α*Ν-1 ;
[0009] (2)依次對(duì)兩相鄰采樣點(diǎn)的電力信號(hào)值進(jìn)行比較，若兩者的數(shù)值符號(hào)相反，則將兩 者中的絕對(duì)值較小者作為實(shí)際過零點(diǎn)，并依次提取所有實(shí)際過零點(diǎn)的位置編號(hào)，構(gòu)成實(shí)際 過零點(diǎn)集合；
[0010] (3)基于電力信號(hào)的過零時(shí)域特性，從實(shí)際過零點(diǎn)中尋找理論過零點(diǎn)，并依次提取 所有理論過零點(diǎn)的位置編號(hào)，構(gòu)成理論過零點(diǎn)集合；
[0011] (4)采用以下公式計(jì)算待測電力信號(hào)的頻率：
[0013] 其中，f表示待測電力信號(hào)的頻率，M彡2,表示理論過零點(diǎn)的個(gè)數(shù)，Ii1表示理論過 零點(diǎn)集合中的第一個(gè)元素，即第一個(gè)理論過零點(diǎn)的位置編號(hào)，nM表示理論過零點(diǎn)集合中的 最后一個(gè)元素，即最后一個(gè)理論過零點(diǎn)的位置編號(hào)，Λ ts= T/N，表示采樣間隔。
[0014] 所述的基于過零時(shí)域特性的電力信號(hào)頻率計(jì)算方法，所述步驟（1)中，q = 55, N =256〇
[0015] 所述的基于過零時(shí)域特性的電力信號(hào)頻率計(jì)算方法，所述步驟（3)中，所述基于 電力信號(hào)的過零時(shí)域特性，從實(shí)際過零點(diǎn)中尋找理論過零點(diǎn)，具體包括：
[0016] a、在實(shí)際過零點(diǎn)集合中，依次判斷兩相鄰實(shí)際過零點(diǎn)的位置編號(hào)之間的絕對(duì)差值 是否大于間隔限值，若是，則說明相應(yīng)的兩相鄰實(shí)際過零點(diǎn)屬于不同的理論過零點(diǎn)，若否， 則說明相應(yīng)的兩相鄰實(shí)際過零點(diǎn)屬于同一理論過零點(diǎn)；
[0017] b、屬于同一理論過零點(diǎn)的所有實(shí)際過零點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)組，依次判斷每組實(shí)際過零點(diǎn) 的個(gè)數(shù)是偶數(shù)還是奇數(shù)，若是偶數(shù)，則說明該組實(shí)際過零點(diǎn)處不存在理論過零點(diǎn)，若是奇 數(shù)，則說明該組實(shí)際過零點(diǎn)處存在理論過零點(diǎn)，將該組實(shí)際過零點(diǎn)的位置編號(hào)的平均值取 整數(shù)，作為相應(yīng)理論過零點(diǎn)的位置編號(hào)。
[0018] 所述的基于過零時(shí)域特性的電力信號(hào)頻率計(jì)算方法，所述步驟a中，所述間隔限 值由以下公式給出：
[0020] 其中，L表示兩相鄰實(shí)際過零點(diǎn)之間的間隔限值，N表示每個(gè)T內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，{} 表示取整數(shù)。
[0021] 由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明基于電力信號(hào)頻率的穩(wěn)態(tài)特性和過零時(shí)域特性，能 夠提高含高次諧波的電力信號(hào)頻率的計(jì)算精度，滿足了供配電系統(tǒng)的故障診斷和用戶端的 電能平衡測試及節(jié)電方案設(shè)計(jì)等對(duì)頻率精度的要求。
【附圖說明】
[0022] 圖1是標(biāo)準(zhǔn)正弦電力信號(hào)實(shí)際過零點(diǎn)與理論過零點(diǎn)，實(shí)線圓圈中存在一個(gè)理論過 零點(diǎn)；從波峰到相鄰的波谷或者從波谷到相鄰的波峰，標(biāo)準(zhǔn)正弦電力信號(hào)只存在一個(gè)實(shí)際 過零點(diǎn)，并且與理論過零點(diǎn)重合；
[0023] 圖2是標(biāo)準(zhǔn)正弦電力信號(hào)兩個(gè)理論過零點(diǎn)之間無實(shí)際過零點(diǎn)，實(shí)線圓圈中存在一 個(gè)理論過零點(diǎn)；虛線圓圈中，即兩個(gè)理論過零點(diǎn)之間，無實(shí)際過零點(diǎn)；
[0024] 圖3是含高次諧波的電力信號(hào)的實(shí)際過零點(diǎn)與理論過零點(diǎn)，實(shí)線圓圈中存在一個(gè) 理論過零點(diǎn)；從波峰到相鄰的波谷或者從波谷到相鄰的波峰，存在奇數(shù)個(gè)實(shí)際過零點(diǎn)；
[0025] 圖4是含高次諧波的電力信號(hào)兩個(gè)理論過零點(diǎn)之間有偶數(shù)個(gè)實(shí)際過零點(diǎn)，實(shí)線圓 圈中存在一個(gè)理論過零點(diǎn)；虛線圓圈中，即兩個(gè)理論過零點(diǎn)之間，存在偶數(shù)個(gè)實(shí)際過零點(diǎn)；
[0026] 圖5是本發(fā)明的方法流程圖；
[0027] 圖6是本發(fā)明具體實(shí)施例的程序?qū)崿F(xiàn)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 如圖5所示，一種基于過零時(shí)域特性的電力信號(hào)頻率計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0029] Sl、數(shù)據(jù)預(yù)處理：
[0030] 標(biāo)準(zhǔn)正弦電力信號(hào)的周期T = 0.02s，根據(jù)電力信號(hào)的頻率穩(wěn)態(tài)特性，通常取Is左 右的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，本實(shí)施例中，將采樣時(shí)間取為I. ls，即55*T。設(shè)每個(gè)T內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)為 Ν，則在采樣時(shí)間55*Τ內(nèi)對(duì)待測電力信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行均勻采樣，可以獲得55*Ν個(gè)采樣點(diǎn)，記為 X1, i = 0、1、2、…、55*Ν-1，表示位置編號(hào)為i的采樣點(diǎn)的電力信號(hào)值，N通常取值為256。
[0031] S2、尋找實(shí)際過零點(diǎn)：
[0032] 依次對(duì)兩相鄰采樣點(diǎn)的電力信號(hào)值進(jìn)行比較，若某兩相鄰采樣點(diǎn)的數(shù)值符號(hào)相 反，即一個(gè)為正，一個(gè)為負(fù)，則說明該兩相鄰采樣點(diǎn)處存在實(shí)際過零點(diǎn)，將該兩相鄰采樣點(diǎn) 中的絕對(duì)值較小者作為實(shí)際過零點(diǎn)，依次將所有實(shí)際過零點(diǎn)的位置編號(hào)存放在實(shí)際過零點(diǎn) 集合中。
[0033] 注：實(shí)際過零點(diǎn)集合中存放的是位置編號(hào)，也即步驟Sl中的i的取值，如若經(jīng)過判 斷發(fā)現(xiàn)x 64、x67、X69為實(shí)際過零點(diǎn)，則依次將64、67、69存放在實(shí)際過零點(diǎn)集合中。
[0034] S3、尋找理論過零點(diǎn)：
[0035] 在實(shí)際過零點(diǎn)集合中，依次判斷兩相鄰實(shí)際過零點(diǎn)的位置編號(hào)之間的絕對(duì)差值1 是否大于間隔限值L，若是，則說明相應(yīng)的兩相鄰實(shí)際過零點(diǎn)屬于不同的理論過零點(diǎn)，若否， 則說明相應(yīng)的兩相鄰實(shí)際過零點(diǎn)屬于同一理論過零點(diǎn)。
[0036] 兩相鄰實(shí)際過零點(diǎn)之間的間隔限值L由以下公式給出：
[0038] 其中，N表示每個(gè)T內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，{}表示取整數(shù)。
[0039] 屬于同一理論過零點(diǎn)的所有實(shí)際過零點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)組，依次判斷每組實(shí)際過零點(diǎn)的 個(gè)數(shù)是偶數(shù)還是奇數(shù)，若是偶數(shù)，則說明該組實(shí)際過零點(diǎn)處不存在理論過零點(diǎn)，若是奇數(shù)， 則說明該組實(shí)際過零點(diǎn)處存在理論過零點(diǎn)，將該組實(shí)際過零點(diǎn)的位置編號(hào)的平均值取整 數(shù)，作為相應(yīng)理論過零點(diǎn)的位置編號(hào)。然后，依次將所有理論過零點(diǎn)的位置編號(hào)存放在理論 過零點(diǎn)集合中。
[0040] S4、計(jì)算電力彳目號(hào)頻率：
[0041] 通過以上步驟Sl~S3,在55*N個(gè)采樣點(diǎn)中，若找到的理論過零點(diǎn)個(gè)數(shù)為 M(M多2)，則可以采用以下公式計(jì)算待測電力信號(hào)的頻率f :
[0043] 其中，叫表示理論過零點(diǎn)集合中的第一個(gè)元素，即第一個(gè)理論過零點(diǎn)的位置編號(hào)， nM表示理論過零點(diǎn)集合中的最后一個(gè)元素，即最后一個(gè)理論過零點(diǎn)的位置編號(hào)，Λ t s = 0. 02/N，表示采樣間隔。
[0044] 本發(fā)明具體實(shí)施例的程序?qū)崿F(xiàn)，如圖6所示。
[0045] 以上所述實(shí)施方式僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范 圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方 案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于過零時(shí)域特性的電力信號(hào)頻率計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 在采樣時(shí)間q*T內(nèi)對(duì)待測電力信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行均勻采樣，獲得q*N個(gè)采樣點(diǎn)^，其中， q表示小于200的自然數(shù)，T= 0. 02s，N表示每個(gè)T內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，\表示位置編號(hào)為i的 采樣點(diǎn)的電力信號(hào)值，i= 〇、1、2、"·、α*Ν-1 ; (2) 依次對(duì)兩相鄰采樣點(diǎn)的電力信號(hào)值進(jìn)行比較，若兩者的數(shù)值符號(hào)相反，則將兩者中 的絕對(duì)值較小者作為實(shí)際過零點(diǎn)，并依次提取所有實(shí)際過零點(diǎn)的位置編號(hào)，構(gòu)成實(shí)際過零 點(diǎn)集合； (3) 基于電力信號(hào)的過零時(shí)域特性，從實(shí)際過零點(diǎn)中尋找理論過零點(diǎn)，并依次提取所有 理論過零點(diǎn)的位置編號(hào)，構(gòu)成理論過零點(diǎn)集合； (4) 采用以下公式計(jì)算待測電力信號(hào)的頻率：其中，f表示待測電力信號(hào)的頻率，Μ多2,表示理論過零點(diǎn)的個(gè)數(shù)，叫表示理論過零點(diǎn) 集合中的第一個(gè)元素，即第一個(gè)理論過零點(diǎn)的位置編號(hào)，ηΜ表示理論過零點(diǎn)集合中的最后 一個(gè)元素，即最后一個(gè)理論過零點(diǎn)的位置編號(hào)，Λts=Τ/Ν，表示采樣間隔。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于過零時(shí)域特性的電力信號(hào)頻率計(jì)算方法，其特征在于， 所述步驟⑴中，q= 55,N= 256。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于過零時(shí)域特性的電力信號(hào)頻率計(jì)算方法，其特征在于， 所述步驟（3)中，所述基于電力信號(hào)的過零時(shí)域特性，從實(shí)際過零點(diǎn)中尋找理論過零點(diǎn)，具 體包括： a、 在實(shí)際過零點(diǎn)集合中，依次判斷兩相鄰實(shí)際過零點(diǎn)的位置編號(hào)之間的絕對(duì)差值是否 大于間隔限值，若是，則說明相應(yīng)的兩相鄰實(shí)際過零點(diǎn)屬于不同的理論過零點(diǎn)，若否，則說 明相應(yīng)的兩相鄰實(shí)際過零點(diǎn)屬于同一理論過零點(diǎn)； b、 屬于同一理論過零點(diǎn)的所有實(shí)際過零點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)組，依次判斷每組實(shí)際過零點(diǎn)的個(gè) 數(shù)是偶數(shù)還是奇數(shù)，若是偶數(shù)，則說明該組實(shí)際過零點(diǎn)處不存在理論過零點(diǎn)，若是奇數(shù)，則 說明該組實(shí)際過零點(diǎn)處存在理論過零點(diǎn)，將該組實(shí)際過零點(diǎn)的位置編號(hào)的平均值取整數(shù)， 作為相應(yīng)理論過零點(diǎn)的位置編號(hào)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于過零時(shí)域特性的電力信號(hào)頻率計(jì)算方法，其特征在于， 所述步驟a中，所述間隔限值由以下公式給出：其中，L表示兩相鄰實(shí)際過零點(diǎn)之間的間隔限值，N表示每個(gè)T內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，{}表示 取整數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于過零時(shí)域特性的電力信號(hào)頻率計(jì)算方法，包括：數(shù)據(jù)預(yù)處理的步驟；尋找實(shí)際過零點(diǎn)的步驟；尋找理論過零點(diǎn)的步驟；計(jì)算電力信號(hào)頻率的步驟。本發(fā)明基于電力信號(hào)頻率的穩(wěn)態(tài)特性和過零時(shí)域特性，能夠提高含高次諧波的電力信號(hào)頻率的計(jì)算精度，滿足了供配電系統(tǒng)的故障診斷和用戶端的電能平衡測試及節(jié)電方案設(shè)計(jì)等對(duì)頻率精度的要求。
【IPC分類】G01R23/02
【公開號(hào)】CN105259409
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510664622
【發(fā)明人】劉治恩, 徐席東, 王衛(wèi), 李傳明, 戴正剛, 葉汪海
【申請(qǐng)人】安徽節(jié)源環(huán)?？萍加邢薰?br>【公開日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年10月13日