一種諧波采樣計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明尤其涉及一種諧波采樣計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著節(jié)能技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的推廣，電力電子裝置如變流設(shè)備、變頻設(shè)備等，容量 日益擴(kuò)大，數(shù)量日益增多，使電網(wǎng)中的高次諧波愈來(lái)愈嚴(yán)重，給電力系統(tǒng)和各類用電設(shè)備帶 來(lái)危害，輕則增加能耗，縮短壽命，重則造成用電事故，直接影響安全生產(chǎn)。因此，消除諧波 污染，把諧波含量控制在允許范圍內(nèi)，已成為主管部門和用電單位的共同奮斗目標(biāo)。目前， 電力系統(tǒng)中的諧波源，不但類型多，而且分布廣，用戶電網(wǎng)中的諧波電流可能來(lái)自本身的非 線性設(shè)備，也可能來(lái)自外部線路，不加以區(qū)分將給諧波治理造成困難，因而進(jìn)行諧波治理之 前需要了解電網(wǎng)中諧波的次數(shù)及含量，即須進(jìn)行諧波的測(cè)試。諧波分析儀作為測(cè)試的主要 手段，它的作用越來(lái)越重要。諧波分析儀歷經(jīng)了從模擬、數(shù)字到以微處理器為核心的發(fā)展過 程。目前的諧波分析儀基本上是對(duì)輸人信號(hào)進(jìn)行等間隔采樣，經(jīng)信號(hào)調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換后使用 微處理器及外圍電路，利用快速傅立葉變換(FFT)進(jìn)行數(shù)字處理，從而得到了各次諧波的幅 值和相位，計(jì)算各次諧波含有率、總諧波畸變率、有功功率、無(wú)功功率、視在功率以及功率因 數(shù)等。
[0003] 諧波分析儀隨著諧波次數(shù)的增加，測(cè)量準(zhǔn)確度下降較多，其原因是在目前條件下， 實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的同步采樣比較困難，大多數(shù)按同步采樣原理制造的諧波分析儀實(shí)際上工作在近 似于同步狀態(tài)?；ǖ拿恳粋€(gè)微小的同步誤差，都將給高次諧波的計(jì)算帶來(lái)很大的誤差。一 般的諧波分析儀對(duì)基波與m次諧波測(cè)量準(zhǔn)確度相差m倍，即基波準(zhǔn)確度能做到± 1 %，則m次 諧波的準(zhǔn)確度約為土m%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種諧波采樣計(jì)算方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種諧波采樣計(jì)算方法，包括數(shù)據(jù)采集、正向過零點(diǎn)的尋找、實(shí)際采集點(diǎn)數(shù)N的計(jì) 算和實(shí)際128點(diǎn)采樣值六4十算四步，具體步驟如下：
[0007] 數(shù)據(jù)采集:選用的微處理機(jī)是單片機(jī)80C 196KC。所需要處理的諧波最高次數(shù)為31 次。為滿足FFT的要求，每周期須等間隔采樣128點(diǎn)，以工頻50Hz為基礎(chǔ)，計(jì)算出采樣間隔，采 樣間隔為156.25ys。不考慮被測(cè)信號(hào)頻率的抖動(dòng)，通過啟動(dòng)80C196KC的A/D，找到被測(cè)信號(hào) 的正向過零點(diǎn)后，再定時(shí)（每隔156.25ys)啟動(dòng)80C196KC的A/D，記錄其后的136點(diǎn)數(shù)據(jù)，這樣 只要被測(cè)信號(hào)頻率在47.06Hz~53.33Hz范圍內(nèi)，這136點(diǎn)數(shù)據(jù)中就包含了被測(cè)信號(hào)的一個(gè) 完整周期；
[0008] 正向過零點(diǎn)的尋找:選定80CI96KC的A/D轉(zhuǎn)換器為10位。這就說(shuō)明無(wú)論實(shí)際信號(hào)的 范圍是多少，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后其取值范圍為0-1023,因此信號(hào)的"過零點(diǎn)"為511。要尋找信號(hào)的 正向過零點(diǎn)，就須將A/D轉(zhuǎn)換值與511比較，以找到過零點(diǎn)，并且還要保證正向；
[0009] 實(shí)際采集點(diǎn)數(shù)N的計(jì)算：因?yàn)閷?shí)際信號(hào)并不一定在理想的工頻50Hz的條件下。因而 按理想時(shí)間間隔采樣實(shí)際信號(hào)時(shí)，一周期所采集的點(diǎn)數(shù)可能多于128點(diǎn)，也可能少于128點(diǎn)， 更有可能為分?jǐn)?shù)，為得到實(shí)際信號(hào)的128點(diǎn)等間隔采樣值，需計(jì)算出實(shí)際信號(hào)按理想時(shí)間間 隔采樣一周期的點(diǎn)數(shù)N。其計(jì)算公式為
[0010]
[0011]其中ao為第一個(gè)采樣值，&"為第二次正方向過零點(diǎn)后的采樣值，η為一周期中包含 的整數(shù)點(diǎn)數(shù)，Α為相鄰兩個(gè)采樣值的差值。為精確起見，取
[0012]
[0013] 實(shí)際128點(diǎn)采樣值A(chǔ)n計(jì)算:根據(jù)計(jì)算出的實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)，用內(nèi)插法算出實(shí)際信號(hào)一 周期均勻的128點(diǎn)采樣值。實(shí)際采樣值A(chǔ) n的算法如下
[0014] Ao = ao
[0015]
[0016] ···
[0017] An - ￡lm+Q(￡lm+l_￡lm)
f
[0018] 其中m = n+p，p: 的整數(shù)部分，Q為 -的小數(shù)部分，經(jīng)過上述 計(jì)算即可得到實(shí)際信號(hào)等間隔的128點(diǎn)采樣值。
[0019] 本發(fā)明有益效果：
[0020] 本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，計(jì)算方便，采樣精度高，使用效果良好，適合大范圍使用，準(zhǔn)確度 高，采樣速度快，有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 下面結(jié)合附圖中的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的 任何限制。
[0022] 圖1為本發(fā)明的正向過零點(diǎn)尋找流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明的一種諧波采樣計(jì)算方法，包括數(shù)據(jù)采集、正向過零點(diǎn)的尋找、實(shí)際采集點(diǎn) 數(shù)N的計(jì)算和實(shí)際128點(diǎn)采樣值A(chǔ)n計(jì)算四步，具體步驟如下：
[0024]數(shù)據(jù)采集:選用的微處理機(jī)是單片機(jī)80C 196KC。所需要處理的諧波最高次數(shù)為31 次。為滿足FFT的要求，每周期須等間隔采樣128點(diǎn)，以工頻50Hz為基礎(chǔ)，計(jì)算出采樣間隔，采 樣間隔為156.25ys。不考慮被測(cè)信號(hào)頻率的抖動(dòng)，通過啟動(dòng)80C196KC的A/D，找到被測(cè)信號(hào) 的正向過零點(diǎn)后，再定時(shí)（每隔156.25ys)啟動(dòng)80C196KC的A/D，記錄其后的136點(diǎn)數(shù)據(jù)，這樣 只要被測(cè)信號(hào)頻率在47.06Hz~53.33Hz范圍內(nèi)，這136點(diǎn)數(shù)據(jù)中就包含了被測(cè)信號(hào)的一個(gè) 完整周期；
[0025]正向過零點(diǎn)的尋找:選定80CI96KC的A/D轉(zhuǎn)換器為10位。這就說(shuō)明無(wú)論實(shí)際信號(hào)的 范圍是多少，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后其取值范圍為0-1023,因此信號(hào)的"過零點(diǎn)"為511。要尋找信號(hào)的 正向過零點(diǎn)，就須將A/D轉(zhuǎn)換值與511比較，以找到過零點(diǎn)，并且還要保證正向；
[0026]實(shí)際采集點(diǎn)數(shù)N的計(jì)算：因?yàn)閷?shí)際信號(hào)并不一定在理想的工頻50Hz的條件下。因而 按理想時(shí)間間隔采樣實(shí)際信號(hào)時(shí)，一周期所采集的點(diǎn)數(shù)可能多于128點(diǎn)，也可能少于128點(diǎn)， 更有可能為分?jǐn)?shù)，為得到實(shí)際信號(hào)的128點(diǎn)等間隔采樣值，需計(jì)算出實(shí)際信號(hào)按理想時(shí)間間 隔采樣一周期的點(diǎn)數(shù)N。其計(jì)算公式為
[0027]
[0028]其中ao為第一個(gè)采樣值，&"為第二次正方向過零點(diǎn)后的采樣值，η為一周期中包含 的整數(shù)點(diǎn)數(shù)，Α為相鄰兩個(gè)采樣值的差值。為精確起見，取
[0029]
[0030] 實(shí)際128點(diǎn)采樣值A(chǔ)n計(jì)算:根據(jù)計(jì)算出的實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)，用內(nèi)插法算出實(shí)際信號(hào)一 周期均勻的128點(diǎn)采樣值。實(shí)際采樣值A(chǔ) n的算法如下
[0031] Ao = ao
[0033] ···[0034] An=am+Q(am+i-am)
[0032]
[0035] 其中m = n+p，p為.
L的整數(shù)部分，Q)
2的小數(shù)部分，經(jīng)過上述 計(jì)算即可得到實(shí)際信號(hào)等間隔的128點(diǎn)采樣值。
[0036] 以上所舉實(shí)施例為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，僅用來(lái)方便說(shuō)明本發(fā)明，并非對(duì)本發(fā) 明作任何形式上的限制，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，若在不脫離本發(fā)明所提技 術(shù)特征的范圍內(nèi)，利用本發(fā)明所揭示技術(shù)內(nèi)容所作出局部更動(dòng)或修飾的等效實(shí)施例，并且 未脫離本發(fā)明的技術(shù)特征內(nèi)容，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)特征的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種諧波采樣計(jì)算方法，其特征在于:包括數(shù)據(jù)采集、正向過零點(diǎn)的尋找、實(shí)際采集 點(diǎn)數(shù)N的計(jì)算和實(shí)際128點(diǎn)采樣值A(chǔ)n計(jì)算四步，具體步驟如下： 數(shù)據(jù)采集:選用的微處理機(jī)是單片機(jī)80C 196KC;所需要處理的諧波最高次數(shù)為31次； 為滿足FFT的要求，每周期須等間隔采樣128點(diǎn)，以工頻50Hz為基礎(chǔ)，計(jì)算出采樣間隔，采樣 間隔為156.25ys;不考慮被測(cè)信號(hào)頻率的抖動(dòng)，通過啟動(dòng)80C196KC的A/D，找到被測(cè)信號(hào)的 正向過零點(diǎn)后，再定時(shí)(每隔156.25ys)啟動(dòng)80C196KC的A/D，記錄其后的136點(diǎn)數(shù)據(jù)，這樣只 要被測(cè)信號(hào)頻率在47.06Hz~53.33Hz范圍內(nèi)，這136點(diǎn)數(shù)據(jù)中就包含了被測(cè)信號(hào)的一個(gè)完 整周期； 正向過零點(diǎn)的尋找:選定80CI96KC的A/D轉(zhuǎn)換器為10位;這就說(shuō)明無(wú)論實(shí)際信號(hào)的范圍 是多少，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后其取值范圍為0-1023,因此信號(hào)的"過零點(diǎn)"為511;要尋找信號(hào)的正向 過零點(diǎn)，就須將A/D轉(zhuǎn)換值與511比較，以找到過零點(diǎn)，并且還要保證正向； 實(shí)際采集點(diǎn)數(shù)N的計(jì)算：因?yàn)閷?shí)際信號(hào)并不一定在理想的工頻50Hz的條件下；因而按理 想時(shí)間間隔采樣實(shí)際信號(hào)時(shí)，一周期所采集的點(diǎn)數(shù)可能多于128點(diǎn)，也可能少于128點(diǎn)，更有 可能為分?jǐn)?shù)，為得到實(shí)際信號(hào)的128點(diǎn)等間隔采樣值，需計(jì)算出實(shí)際信號(hào)按理想時(shí)間間隔采 樣一周期的點(diǎn)數(shù)N;其計(jì)算公式為其中aQ為第一個(gè)采樣值，^為第二次正方向過零點(diǎn)后的采樣值，n為一周期中包含的整 數(shù)點(diǎn)數(shù)，Α為相鄰兩個(gè)采樣值的差值;為精確起見，取實(shí)際128點(diǎn)采樣值A(chǔ)n計(jì)算:根據(jù)計(jì)算出的實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)，用內(nèi)插法算出實(shí)際信號(hào)一周期 均勻的128點(diǎn)采樣值;實(shí)際采樣值A(chǔ)n的算法如下 Ao = aoIIIAn - &m+ Q ( 3<ιη+1 -am )i的整數(shù)部分， I的小數(shù)部分，經(jīng)過上述計(jì) 算即可得到實(shí)際信號(hào)等間隔的128點(diǎn)采樣值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種諧波采樣計(jì)算方法，包括數(shù)據(jù)采集、正向過零點(diǎn)的尋找、實(shí)際采集點(diǎn)數(shù)N的計(jì)算和實(shí)際128點(diǎn)采樣值A(chǔ)N計(jì)算四步，本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，計(jì)算方便，采樣精度高，使用效果良好，適合大范圍使用，準(zhǔn)確度高，采樣速度快，有很好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】G01R23/16
【公開號(hào)】CN105675982
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610017039
【發(fā)明人】王濤, 馮杰, 姚云委, 黃志付
【申請(qǐng)人】浙江共同電子科技有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年1月12日