CN103969508A - 一种实时高精密的电力谐波分析方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了电力谐波分析领域中的一种实时高精密的电力谐波分析方法，包括以下步骤：通过采用一固定采样频率的第一ADC芯片对电网信号的一个周期进行采用，得到第一数字信号；将第一数字信号输入数字滤波器组得到多个输出值，再根据数字滤波器组的多个输出值求得电网信号的基波频率；由基波频率得到一个基波频率整数倍的时钟信号；将时钟信号作为采用可变采样频率的第二ADC芯片的采样频率，通过第二ADC芯片对电网信号进行采样，获得第二数字信号；将第二数字信号进行FFT运算，计算所需谐波分量的幅值和相角。本发明还提出了实现该方法的装置。本发明对电力系统谐波的测量精度较高，满足电力系统对谐波分析实时高精密的要求。

Description

一种实时高精密的电力谐波分析方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统中的谐波分析，尤其涉及一种实时高精密的谐波分析方法和实现该方法的装置。
背景技术
随着电力器件的发展，电力电子设备的应用越来越广泛，这些非线性电力电子设备使得电网中产生了大量谐波，导致电能质量下降。实时高精密的谐波分析对电能质量的治理具有十分重要的意义。
目前对于谐波的分析方法很多，广泛采用的快速傅里叶变换因其简单实用而成为当前谐波分析的最主要算法。
FFT算法的缺点是难于实现信号的同步采样，不同步采样会产生频谱泄露，使得计算的数据不准确。
减少频谱泄露带来的影响通常采用两种方法：一种是对测量信号进行同步采样，但电力系统频率是实时变化，很难实现同步采样；另外一种方法是加窗插值法，但这种方法和所选窗函数有关，会增加算法的计算量影响谐波分析速度。
所以需要一种实时性高、计算量小的方法来跟踪输入信号的频率，以实现同步采样，提高计算数据的精度。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种实时高精密的电力谐波分析方法及装置，能够快速准确的获得电力系统基波和谐波频率，提高谐波分析的准确度。
为实现上述目的，本发明提供了一种实时高精密的电力谐波分析方法，包括以下步骤：
（1）通过采用一固定采样频率的第一ADC芯片对电网信号的一个周期进行采样，得到第一数字信号；
（2）将第一数字信号输入数字滤波器组得到多个输出值，再根据数字滤波器组的多个输出值求得电网信号的基波频率；
（3）由基波频率得到一个基波频率整数倍的时钟信号；
（4）将时钟信号作为采用可变采样频率的第二ADC芯片的采样频率，通过第二ADC芯片对电网信号进行采样，获得第二数字信号；
（5）将第二数字信号进行FFT运算，计算所需谐波分量的幅值和相角。
所述步骤（1）的第一ADC芯片的采样频率为基波频率的2~4倍。
所述步骤（2）中需比较数字滤波器组的多个输出值，将输出值最大的滤波器所对应的中心频率作为基波频率。
所述数字滤波器组的中心频率覆盖工频频率。
所述数字滤波器组为带通FIR滤波器组。
可变采样时间间隔为基波频率和每周期采样点数的乘积的倒数。
本发明还提供了一种实现上述实时高精密的电力谐波分析方法的装置，包括第一ADC芯片、第二ADC芯片和DSP芯片，所述第一ADC芯片和第二ADC芯片的输入端并联于电网信号，所述DPS芯片内包括有带通FIR滤波器组、定时器和FFT处理器，所述第一ADC芯片采用固定采样频率，所述第二ADC芯片采用可变采样频率，且其可变采样频率为DSP芯片利用定时器根据带通FIR滤波器组输出值所产生的时钟信号；所述第一ADC芯片的输出端依次经带通FIR滤波器组和定时器连接于第二ADC芯片的采样频率控制端，所述第二ADC芯片的输出端连接FFT处理器。
采用本发明的方法及装置，可以快速准确的获得工频信号的频率，对谐波能够进行精度极高的计算，同时该方法计算简单，满足电力系统的实时性要求。
附图说明
图1为实时高精密的电力谐波分析方法实现装置。
图2为本发明采用的带通FIR滤波器组图。
具体实施方式
如图1所示的实时高精密的电力谐波分析方法的装置，包括第一ADC芯片、第二ADC芯片和DSP芯片，所述第一ADC芯片和第二ADC芯片的输入端并联于电网信号，所述DPS芯片内包括有带通FIR滤波器组、定时器和FFT处理器，所述第一ADC芯片采用固定采样频率，所述第二ADC芯片采用可变采样频率，且其可变采样频率为DSP芯片利用定时器根据带通FIR滤波器组输出值所产生的时钟信号；所述第一ADC芯片的输出端依次经带通FIR滤波器组和定时器连接于第二ADC芯片的采样频率控制端，所述第二ADC芯片的输出端连接FFT处理器。
根据采样精度设定带通FIR滤波器组的数量，所述带通FIR滤波器组的中心频率覆盖工频频率；第一ADC芯片以一基波频率2~4倍的固定频率对电网信号的一个周期进行采样，获得第一数字信号，第一ADC芯片采用较低的采样频率，以便采取足够多的点数，以保证一定的频率分辨率；第一数字信号输入DSP芯片的带通FIR滤波器组得到多个输出值，将输出值最大的滤波器所对应的中心频率作为基波频率输入定时器，产生一个基波频率整数倍M的时钟信号，根据测试电网信号谐波次数确定时钟信号与基波频率的倍数M，以测试30次谐波为例，M大于60；将时钟信号作为第二ADC芯片的采样频率输入其频率控制端，使第二ADC芯片以时钟信号为采用频率对电网信号进行采样，获得第二数字信号，将第二数字信号输入DSP的FFT处理器进行FFT运算，计算所需谐波分量的幅值和相角。
针对谐波分析的采样点与电网信号同频问题，本发明首先通过一路信号进行基波频率测量，然后在定时器的辅助下获得时钟信号，从而实现对另一路信号在周期的起始点开始采样，相应采样周期的时间间隔由基波频率和每周期的采样点数确定。

Claims (6)

1.一种实时高精密的电力谐波分析方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）通过采用一固定采样频率的第一ADC芯片对电网信号的一个周期进行采样，得到第一数字信号；
（2）将第一数字信号输入数字滤波器组得到多个输出值，再根据数字滤波器组的多个输出值求得电网信号的基波频率；
（3）由基波频率得到一个基波频率整数倍的时钟信号；
（4）将时钟信号作为采用可变采样频率的第二ADC芯片的采样频率，通过第二ADC芯片对电网信号进行采样，获得第二数字信号；
（5）将第二数字信号进行FFT运算，计算所需谐波分量的幅值和相角。
2.根据权利要求1所述的一种实时高精密的电力谐波分析方法,其特征在于：所述步骤（1）的第一ADC芯片的采样频率为基波频率的2~4倍。
3.根据权利要求1所述的一种实时高精密的电力谐波分析方法,，其特征在于：所述步骤（2）中需比较数字滤波器组的多个输出值，将输出值最大的滤波器所对应的中心频率作为基波频率。
4.根据权利要求1所述的一种实时高精密的电力谐波分析方法,，其特征在于：所述数字滤波器组的中心频率覆盖工频频率。
5.根据权利要求1或3或4所述的一种实时高精密的电力谐波分析方法,，其特征在于：所述数字滤波器组为带通FIR滤波器组。
6.一种实现如权1~5所述实时高精密的电力谐波分析方法的装置，其特征在于：包括第一ADC芯片、第二ADC芯片和DSP芯片，所述第一ADC芯片和第二ADC芯片的输入端并联于电网信号，所述DPS芯片内包括有带通FIR滤波器组、定时器和FFT处理器，所述第一ADC芯片采用固定采样频率，所述第二ADC芯片采用可变采样频率，且其可变采样频率为DSP芯片利用定时器根据带通FIR滤波器组输出值所产生的时钟信号；所述第一ADC芯片的输出端依次经带通FIR滤波器组和定时器连接于第二ADC芯片的采样频率控制端，所述第二ADC芯片的输出端连接FFT处理器。
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