CN104330623A - 电力系统中正弦波信号的参数测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统中正弦波信号的参数测量方法及系统，所述方法包括：根据预设信号时间长度和预设信号离散采样频率，对正弦波信号进行采样，获得采样数据序列；对所述采样数据序列的幅值进行归一化处理，生成幅值归一化的正弦波信号序列；从所述正弦波信号序列中选取与所述正弦波信号序列的开始过零点距离最近的两个离散信号和与所述正弦波信号序列的结束过零点距离最近的两个离散信号；通过预设的周期计算模型将选取的四个离散信号的采样值转换为所述正弦波信号的周期；将所述正弦波信号的周期转换为所述正弦波信号的频率。实施本发明的方法及系统，可快速稳定地检测到精度较高的正弦波信号频率。

Description

电力系统中正弦波信号的参数测量方法及系统

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种电力系统中正弦波信号的参数测量方法及系统。

背景技术

现代电力工程实践中，高精度电力仪器的发展、大量新技术在电力系统的应用对信号频率测量精度的要求越来越高。测量低频信号频率的通常方法是一种零交法(zero-crossing algorithm)。该方法通过检测信号波形的过零点，利用1个或数个周期过零点的时间间隔来推算出此段波形的频率。

然而，上述测量低频信号频率测量出的频率值精度较低，难以应用在含有高精度电力仪器的电力系统中。

发明内容

基于此，有必要针对上述测量低频信号频率测量出的频率值精度较低的问题，提供一种电力系统中正弦波信号的参数测量方法及系统。

一种电力系统中正弦波信号的参数测量方法，包括以下步骤：

根据预设信号时间长度和预设信号离散采样频率，对正弦波信号进行采样，获得采样数据序列；

对所述采样数据序列的幅值进行归一化处理，生成幅值归一化的正弦波信号序列；

从所述正弦波信号序列中选取与所述正弦波信号序列的开始过零点距离最近的两个离散信号和与所述正弦波信号序列的结束过零点距离最近的两个离散信号；

通过预设的周期计算模型将选取的四个离散信号的采样值转换为所述正弦波信号的周期；

将所述正弦波信号的周期转换为所述正弦波信号的频率。

一种电力系统中正弦波信号的参数测量系统，包括：

信号采样模块，用于根据预设信号时间长度和预设信号离散采样频率，对正弦波信号进行采样，获得采样数据序列；

幅值归一化模块，用于对所述采样数据序列的幅值进行归一化处理，生成幅值归一化的正弦波信号序列；

信号选取模块，用于从所述正弦波信号序列中选取与所述正弦波信号序列的开始过零点距离最近的两个离散信号和与所述正弦波信号序列的结束过零点距离最近的两个离散信号；

周期获取模块，用于通过预设的周期计算模型将选取的四个离散信号的采样值转换为所述正弦波信号的周期；

频率获取模块，用于将所述正弦波信号的周期转换为所述正弦波信号的频率。

上述电力系统中正弦波信号的参数测量方法和系统，首先对对正弦波信号进行采样，获得采样数据序列；然后对所述采样数据序列的幅值进行归一化处理，生成幅值归一化的正弦波信号序列，从所述正弦波信号序列中选取与所述正弦波信号序列的开始过零点距离最近的两个离散信号和与所述正弦波信号序列的结束过零点距离最近的两个离散信号；最终将选取的四个离散信号的采样值转换为所述正弦波信号的周期和频率。可快速稳定地检测到精度较高的正弦波信号频率，在电力科学研究、低频率范围仪器的校准、电网主要参数的测量上具有重要的实际应用价值。

附图说明

图1是本发明电力系统中正弦波信号的参数测量方法第一实施方式的流程示意图；

图2是本发明电力系统中正弦波信号的参数测量方法中使用的幅值归一化系统的结构示意图；

图3是本发明电力系统中正弦波信号的参数测量方法中离散信号的示意图；

图4是本发明电力系统中正弦波信号的参数测量方法第二实施方式的流程示意图；

图5是本发明电力系统中正弦波信号的参数测量系统第一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1是本发明的电力系统中正弦波信号的参数测量方法第一实施方式的流程示意图。

本实施方式的所述电力系统中正弦波信号的参数测量方法，可包括以下步骤：

步骤S101，根据预设信号时间长度和预设信号离散采样频率，对正弦波信号进行采样，获得采样数据序列。

步骤S102，对所述采样数据序列的幅值进行归一化处理，生成幅值归一化的正弦波信号序列。

步骤S103，从所述正弦波信号序列中选取与所述正弦波信号序列的开始过零点距离最近的两个离散信号和与所述正弦波信号序列的结束过零点距离最近的两个离散信号。

步骤S104，通过预设的周期计算模型将选取的四个离散信号的采样值转换为所述正弦波信号的周期。

步骤S105，将所述正弦波信号的周期转换为所述正弦波信号的频率。

本实施方式，首先对对正弦波信号进行采样，获得采样数据序列；然后对所述采样数据序列的幅值进行归一化处理，生成幅值归一化的正弦波信号序列，从所述正弦波信号序列中选取与所述正弦波信号序列的开始过零点距离最近的两个离散信号和与所述正弦波信号序列的结束过零点距离最近的两个离散信号；最终将选取的四个离散信号的采样值转换为所述正弦波信号的周期和频率。可快速稳定地检测到精度较高的正弦波信号频率，在电力科学研究、低频率范围仪器的校准、电网主要参数的测量上具有重要的实际应用价值。

其中，对于步骤S101，可预先设置所述预设信号时间长度和所述预设信号离散采样频率。所述预设信号时间长度优选地可为M个信号周期对应的时间长度。M优选地可为大于或等于10的正整数。

优选地，可通过电网领域的惯用采样设备对所述正弦波信号进行采样。

对于步骤S102，对所述采样数据序列的幅值进行归一化处理，优选地可计算所述采样数据序列的过程幅值，得到过程幅值序列，再将所述采样数据序列除以所述过程幅值序列，得到幅值归一化的正弦波信号序列。

在一个实施例中，对所述采样数据序列的幅值进行归一化处理，生成幅值归一化的正弦波信号序列的步骤包括以下步骤：

对所述采样数据序列进行初步频率测量，得到所述采样数据序列的初步频率。

根据所述初步频率，对所述采样数据序列进行高精度幅值检波，获取所述正弦波信号的高精度幅值信号序列。

具体计算步骤如下：

根据初步频率计算四分之一周期延时、二分之一周期延时、延时误差量，以四分之一周期延时后的信号序列为基准，令基准信号序列为式(1)：

$\begin{array}{c}{U}_{T/4}\left(n\right)=U[n+\left(\mathrm{int}\right)\left(\frac{\mathrm{\π}{f}_n}{2\mathrm{\ω}}\right)]=Asin\left(\frac{\mathrm{\ω}}{f_n}n\right)\\ n=\mathrm{0,1,2,3},.....,N-1\end{array}---\left(1\right);$

式(1)中，ω为信号频率、也代表初步频率，单位rad/s，f_n为采样频率、单位Hz，(int)(πf_n/2ω)代表四分之一周期延时对应的整数采样间隔数，(int)代表整数化，N为序列长度。

对基准信号序列式(1)平方运算结果为式(2)：

$\begin{array}{c}{U_{T/4}}^2\left(n\right)=\frac{A^2}{2}[1-\cos \left(\frac{2\mathrm{\ω}}{f_n}n\right)]\\ n=\mathrm{0,1,2,3},.....,N-1\end{array}---\left(2\right)\text{;}$

根据各延时值与基准之间的线性关系，得到正弦信号序列为式(3)，二分之一周期延时数据序列为式(4)：

$\begin{array}{c}{U}_i\left(n\right)=A\sin [\frac{\mathrm{\ω}}{f_n}n+\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\β}]\\ n=\mathrm{0,1,2,3},.....,N-1\end{array}---\left(3\right);$

$\begin{array}{c}{U}_{T/2}\left(n\right)=U[n+2\left(\mathrm{int}\right)\left(\frac{\mathrm{\π}{f}_n}{2\mathrm{\ω}}\right)]=A\sin [\frac{\mathrm{\ω}}{f_n}n-\frac{\mathrm{\π}}{2}+\mathrm{\β}]\\ n=\mathrm{0,1,2,3},.....N-1\end{array}---\left(4\right);$

$\mathrm{\β}=2\mathrm{\π}[\frac{\mathrm{\π}{f}_n}{2\mathrm{\ω}}-\left(\mathrm{int}\right)\left(\frac{\mathrm{\π}{f}_n}{2\mathrm{\ω}}\right)]---(5;)$

式(3)、式(4)、式(5)中，β代表四分之一延时误差量，即为所述延时误差量，单位rad。2(int)(πf_n/2ω)代表二分之一延时对应的整数采样间隔数。

式(4)减式(3)得到式(6)：

$\begin{array}{c}U\_\left(n\right)=U_i\left(n\right)-U_{T/2}\left(n\right)=2A\cos \left(\frac{\mathrm{\ω}}{f_n}n\right)\cos \left(\mathrm{\β}\right)\\ n=\mathrm{0,1,2,3},.....N-1\end{array}---\left(6\right);$

对式(6)进行误差修正，具体将式(6)除延时误差量β的余弦函数cos(β)，为式(7)：

$\begin{array}{c}{U}_r\left(n\right)=\frac{U\_\left(n\right)}{\cos \left(\mathrm{\β}\right)}=2A\cos \left(\frac{\mathrm{\ω}}{f_n}n\right)\\ n=\mathrm{0,1,2,3},.....N-1\end{array}---\left(7\right);$

对式(7)平方运算，得到式(8)：

$\begin{array}{c}{U_r}^2\left(n\right)=4\frac{A^2}{2}[1+\cos \left(\frac{2\mathrm{\ω}}{f_n}n\right)]\\ n=\mathrm{0,1,2,3},.....,N-1\end{array}---\left(8\right);$

对式(8)乘以0.25得到式(9)：

$\begin{array}{c}0.25{U_r}^2\left(n\right)=\frac{A^2}{2}[1+\cos \left(\frac{2\mathrm{\ω}}{f_n}n\right)]\\ n=\mathrm{0,1},2,3,.....,N-1\end{array}---\left(9\right);$

将式(2)加式(9)得到式(10)：

$\begin{array}{c}{U}_{+}\left(n\right)==A^2\\ n=\mathrm{0,1,2,3},.....,N-1\end{array}---\left(10\right);$

对式(10)后再开方，得到正弦信号序列的高精度幅值信号序列为式(11)：

$\begin{array}{c}{U}_m\left(n\right)=\sqrt{U_{+}\left(n\right)}=A\\ n=\mathrm{0,1,2,3},.....,N-1\end{array}---\left(11\right);$

获取所述采样数据序列与所述高精度幅值信号序列的比值为幅值归一化的正弦波信号序列，具体将所述采样数据序列除所述幅值信号序列，得到幅值归一化的正弦波信号序列，为式(12)

$\begin{array}{c}{Y}_1\left(n\right)=\frac{A\sin \left(\frac{\mathrm{\ω}}{f_n}n\right)}{A}=\sin \left(\frac{\mathrm{\ω}}{f_n}n\right)\\ n=\mathrm{0,1,2,3},.....,N-1\end{array}---\left(12\right);$

进一步地，可通过如图2所示的幅值归一化系统100对所述采样数据序列进行幅值归一化处理。幅值归一化系统100可包括幅值检波器110和除法器120，幅值检测器110可用于对所述采样数据序列进行高精度幅值检波，获取所述采样数据序列的高精度幅值信号序列。除法器120可对所述采样数据序列和所述高精度幅值信号序列进行除法运算，生成所述幅值归一化正弦波信号序列。

在另一个实施例中，获取所述采样数据序列与所述高精度幅值信号序列的比值为幅值归一化的正弦波信号序列的步骤包括以下步骤：

通过除法器对所述采样数据序列和所述高精度幅值信号序列除法运算，生成所述幅值归一化正弦波信号序列。

优选地，除法器可使所述采样数据序列除以所述高精度幅值序列，生成所述幅值归一化正弦波信号序列。正弦波信号序列或采样数据序列的表达式可如式(13)所示：

$\begin{array}{c}{Y}_i\left(n\right)\text{=Asin}\left(\frac{\mathrm{\ω}}{f_n}n\right)=A\sin \left(\frac{\mathrm{\ω}}{f_n}n\right)\\ n=\mathrm{0,1,2,3},.....,N-1\end{array}---\left(13\right);$

值归一化正弦波信号序列的表达式可如式(14)所示：

$\begin{array}{c}{Y}_1\left(n\right)=\frac{A\sin \left(\frac{\mathrm{\ω}}{f_n}n\right)}{A}=\sin \left(\frac{\mathrm{\ω}}{f_n}n\right)\\ n=\mathrm{0,1,2,3},.....,N-1\end{array}---\left(14\right);$

其中，N为序列长度，单位无量纲。f_n为采样频率，单位Hz。ω为信号频率，单位rad/s。

对于步骤S103，优选地，选取的四个离散信号分别按时间排序的正数前两个离散信号和倒数后两个离散信号。

优选地，1周期单位的所述正弦波信号序列如图3所示，包括U₁、U₂、‥、U_n-1、U_n等n个离散信号。U₁、U₂为距离1周期幅值归一化正弦波信号开始过零点最近的2个采样值，U_n-1、U_n为距离正弦波信号序列结束过零点最近的2个采样值。t_a为第1个采样点与正弦波信号序列的开始过零点的时间间隔，t_b为最后一个采样点与正弦波信号序列的结束过零点的时间间隔，T为正弦波信号的周期，T_n为相邻两个离散信号间的采样间隔时间。

优选地，四个离散信号可如图3中的U₁、U₂、U_n-1和U_n。

对于步骤S104，优选地，所述采样值优选地可包括采样间隔时间、选取的离散信号的幅值和，第1个采样点与幅值归一化的正弦波信号序列的开始过零点的时间间隔，最后一个采样点与幅值归一化的正弦波信号粗鲁的结束过零点的时间间隔。

进一步地，通过对所述4个离散信号的采样值计算，得到所述开始过零点到所述结束过零点之间的时间，即开始过零点到结束过零点时间，将所述开始过零点到结束过零点时间除以所述正弦波信号序列的周期数，可得到所述正弦波信号序列的平均周期。所述正弦波信号的平均周期的倒数为所述正弦波信号的频率。

在一个实施例中，所述预设的周期计算模型如下公式(15)、(16)和(17)：

$\frac{{\sin }^{-1}\left(U_1\right)}{{\sin }^{-1}\left(U_2\right)}=\frac{t_a}{T_n+t_a}---\left(15\right);$

$\frac{{\sin }^{-1}\left(U_n\right)}{{\sin }^{-1}\left(U_{n-1}\right)}=\frac{t_b}{T_n+t_b}---\left(16\right);$

T＝(n-1)T_n+t_a+t_b   (17)；

在其他实施方式中，也可以对所述预设的周期计算模型进行变形生成新的周期计算模型，还采用本领域技术人员惯用的其他周期计算方法。

对于步骤S105，当所述预设信号时间长度等于1个信号周期的时间长度时，可直接获取所述周期的倒数为所述正弦波信号的频率。

对纯净的正弦波信号，所得的频率精度可达到±5×10^-11量级。

在一个实施例中，将所述正弦波信号的周期转换为所述正弦波信号的频率的步骤包括以下步骤：

检测所述正弦波信号序列的开始过零点到所述正弦波信号序列的结束过零点之间的信号周期数，得到所述正弦波信号的周期数；

获取所述周期与所述正弦波信号的周期数的比值，并获取所述比值的倒数为所述正弦波信号的频率。

请参阅图4，图4是本发明的电力系统中正弦波信号的参数测量方法第二实施方式的流程示意图。

本实施方式的所述电力系统中正弦波信号的参数测量方法与第一实施方式的区别在于：对所述采样数据序列进行高精度检波，获取所述正弦波信号的高精度幅值信号序列的步骤包括以下步骤：

步骤S401，对所述采样数据序列进行初步频率测量，得到所述采样数据序列的初步频率。

步骤S402，基于所述初步频率对所述采样数据序列进行四分之一周期延时处理，获得第一延时数据序列。

步骤S403，将所述第一延时数据序列进行平方运算，获得第一平方数据序列。

步骤S404，基于所述初步频率对所述采样数据序列进行二分之一周期延时处理，获得第二延时数据序列。

步骤S405，将所述采样数据序列与所述第二延时数据序列进行减法运算，获得减法数据序列。

步骤S406，基于所述初步频率计算延时误差量，根据所述延时误差量对所述减法数据序列进行误差修正，获得修正数据序列。

步骤S407，对所述修正数据序列进行平方运算，获得第二平方数据序列。

步骤S408，对所述第二平方数据序列与四分之一相乘，获得相乘数据序列。

步骤S409，将所述第一平方数据序列与所述相乘数据序列进行加法运算，获得相加数据序列。

步骤S410，将所述相加数据序列进开方运算，生成所述正弦波信号的高精度幅值信号序列。

本实施方式，可快速准确的获得正弦波信号的高精度幅值序列。

优选地，可将上述获取所述正弦波信号序列的高精度幅值信号序列的操作步骤S401至S410分别对应侧操作模块集成到图2所示的幅值检测器110中。

进一步地，初步频率可通过零交法对所述正弦信号或所述采样数据序列进行频率初测，获得所述初步频率。还可通过本领域技术人员惯用的技术手段对所述采样数据序列进行频率初测获得初步频率

更进一步地，假设所述初步频率等于信号频率，则所述高精度幅值信号序列没有误差。但由于初步频率存在误差，但影响有限，典型的在初步频率相对误差10^-4，在四分之一周期延时产生的附加误差为(π/2)/10000，附加误差值为cos[(π/2)/10000]＝1.23×10^-8，对所述高精度幅值信号序列的影响可忽略。

请参阅图5，图5是本发明的电力系统中正弦波信号的参数测量系统第一实施方式的结构示意图。

本实施方式的所述电力系统中正弦波信号的参数测量系统，可包括信号采样模块210、幅值归一化模块220、信号选取模块230、周期获取模块240和频率获取模块，其中：

信号采样模块210，用于根据预设信号时间长度和预设信号离散采样频率，对正弦波信号进行采样，获得采样数据序列。

幅值归一化模块220，用于对所述采样数据序列的幅值进行归一化处理，生成幅值归一化的正弦波信号序列。

信号选取模块230，用于从所述正弦波信号序列中选取与所述正弦波信号序列的开始过零点距离最近的两个离散信号和与所述正弦波信号序列的结束过零点距离最近的两个离散信号。

周期获取模块240，用于通过预设的周期计算模型将选取的四个离散信号的采样值转换为所述正弦波信号的周期。

频率获取模块250，用于将所述正弦波信号的周期转换为所述正弦波信号的频率。

本实施方式，首先对正弦波信号的幅值进行归一化处理，生成幅值归一化正弦波信号；然后对所述幅值归一化正弦波信号进行采样，获取所述幅值归一化正弦波信号的离散信号，从所述离散信号中选取与所述幅值归一化正弦波信号的开始过零点距离最近的两个离散信号和与所述幅值归一化正弦波信号的结束过零点距离最近的两个离散信号；最终将选取的四个离散信号的采样值转换为所述正弦波信号的周期和频率。可快速稳定地检测到精度较高的正弦波信号频率，在电力科学研究、低频率范围仪器的校准、电网主要参数的测量上具有重要的实际应用价值。

本实施方式，首先对对正弦波信号进行采样，获得采样数据序列正弦波信号的幅值进行归一化处理，生成幅值归一化正弦波信号；然后对所述采样数据序列的幅值进行归一化处理，生成幅值归一化的正弦波信号序列，从所述正弦波信号序列中选取与所述正弦波信号序列的开始过零点距离最近的两个离散信号和与所述正弦波信号序列的结束过零点距离最近的两个离散信号；最终将选取的四个离散信号的采样值转换为所述正弦波信号的周期和频率。可快速稳定地检测到精度较高的正弦波信号频率，在电力科学研究、低频率范围仪器的校准、电网主要参数的测量上具有重要的实际应用价值。

其中，对于信号采样模块210，可预先设置所述预设信号时间长度和所述预设信号离散采样频率。所述预设信号时间长度优选地可为M个信号周期对应的时间长度。M优选地可为大于或等于10的正整数。

优选地，可通过电网领域的惯用采样设备对所述正弦波信号进行采样。优选地。

对于幅值归一化模块220，对所述采样数据序列的幅值进行归一化处理，优选地可计算所述采样数据序列的过程幅值，得到过程幅值序列，再将所述采样数据序列除以所述过程幅值序列，得到幅值归一化的正弦波信号序列。

在一个实施例中，幅值归一化模块220还可用于：

对所述采样数据序列进行高精度检波，获取所述正弦波信号的高精度幅值信号序列。

获取所述采样数据序列与所述高精度幅值信号序列的比值为幅值归一化的正弦波信号序列。

进一步地，可通过如图2所示的幅值归一化系统100对所述采样数据序列进行幅值归一化处理。幅值归一化系统100可包括幅值检测器110和除法器120，幅值检测器可用于对所述采样数据序列进行高精度检波(幅值检测)，获取所述采样数据序列的高精度幅值信号序列。除法器120可对所述采样数据序列和所述高精度幅值信号序列进行除法运算，生成所述幅值归一化正弦波信号。

在另一个实施例中，幅值归一化模块220还可进一步用于：

通过除法器对所述采样数据序列和所述高精度幅值信号序列除法运算，生成所述幅值归一化的正弦波信号序列。

优选地，除法器可使所述采样数据序列除以所述高精度幅值，生成所述幅值归一化的正弦波信号序列。正弦波信号序列或采样数据序列的表达式可如式(18)所示：

$\begin{array}{c}{Y}_i\left(n\right)\text{=Asin}\left(\frac{\mathrm{\ω}}{f_n}n\right)=A\sin \left(\frac{\mathrm{\ω}}{f_n}n\right)\\ n=\mathrm{0,1,2,3},.....,N-1\end{array}---\left(18\right);$

幅值归一化正弦波信号序列的表达式可如式(19)所示：

$\begin{array}{c}{Y}_1\left(n\right)=\frac{A\sin \left(\frac{\mathrm{\ω}}{f_n}n\right)}{A}=\sin \left(\frac{\mathrm{\ω}}{f_n}n\right)\\ n=\mathrm{0,1,2,3},.....,N-1\end{array}---\left(19\right);$

其中，N为序列长度，单位无量纲。f_n为采样频率，单位Hz。ω为信号频率，单位rad/s。

对于信号选取模块230，优选地，选取的四个离散信号分别按时间排序的正数前两个离散信号和倒数后两个离散信号。

优选地，1周期单位的所述正弦波信号序列如图3所示，包括U₁、U₂、‥、U_n-1、U_n等n个离散信号。U₁、U₂为距离1周期幅值归一化正弦波信号开始过零点最近的2个采样值，U_n-1、U_n为距离正弦波信号序列结束过零点最近的2个采样值。t_a为第1个采样点与正弦波信号序列的开始过零点的时间间隔，t_b为最后一个采样点与正弦波信号序列的结束过零点的时间间隔，T为正弦波信号的周期，T_n为相邻两个离散信号间的采样间隔时间。四个离散信号可如图3中的U₁、U₂、U_n-1和U_n。

对于周期获取模块240，优选地，所述采样值优选地可包括采样间隔时间、选取的离散信号的幅值和，第1个采样点与幅值归一化的正弦波信号序列的开始过零点的时间间隔，最后一个采样点与幅值归一化的正弦波信号序列的结束过零点的时间间隔。

进一步地，通过对所述4个离散信号的采样值计算，得到所述开始过零点到所述结束过零点之间的时间，即开始过零点到结束过零点时间，将所述开始过零点到结束过零点时间除以所述正弦波信号序列的周期数，可得到所述正弦波信号序列的平均周期。所述正弦波信号的平均周期的倒数为所述正弦波信号的频率。

在一个实施例中，所述预设的周期计算模型如下公式(20)、(21)和(22)：

$\frac{{\sin }^{-1}\left(U_1\right)}{{\sin }^{-1}\left(U_2\right)}=\frac{t_a}{T_n+t_a}---\left(20\right);$

$\frac{{\sin }^{-1}\left(U_n\right)}{{\sin }^{-1}\left(U_{n-1}\right)}=\frac{t_b}{T_n+t_b}---\left(21\right);$

T＝(n-1)T_n+t_a+t_b   (22)；

在其他实施方式中，也可以对所述预设的周期计算模型进行变形生成新的周期计算模型，还采用本领域技术人员惯用的其他周期计算方法。

对于频率获取模块250，当所述预设信号时间长度等于1个信号周期的时间长度时，可直接获取所述周期的倒数为所述正弦波信号的频率。

对纯净的正弦波信号，所得的频率精度可达到±5×10^-11量级

在一个实施例中，频率获取模块250还可用于：

检测所述正弦波信号序列的开始过零点到所述正弦波信号序列的结束过零点之间的信号周期数，得到所述正弦波信号的周期数。

获取所述周期与所述正弦波信号的周期数的比值，并获取所述比值的倒数为所述正弦波信号的频率。

以下所述是本发明的电力系统中正弦波信号的参数测量系统第二实施方式。

本实施方式的所述电力系统中正弦波信号的参数测量系统与第一实施方式的区别在于：幅值归一化模块220还可用于：

对所述采样数据序列进行初步频率测量，得到所述采样数据序列的初步频率。

基于所述初步频率对所述采样数据序列进行四分之一周期延时处理，获得第一延时数据序列。

将所述第一延时数据序列进行平方运算，获得第一平方数据序列。

基于所述初步频率对所述采样数据序列进行二分之一周期延时处理，获得第二延时数据序列。

将所述采样数据序列与所述第二延时数据序列进行减法运算，获得减法数据序列。

基于所述初步频率计算延时误差量，根据所述延时误差量对所述减法数据序列进行误差修正，获得修正数据序列。

对所述修正数据序列进行平方运算，获得第二平方数据序列。

对所述第二平方数据序列与四分之一相乘，获得相乘数据序列。

将所述第一平方数据序列与所述相乘数据序列进行加法运算，获得相加数据序列。

将所述相加数据序列进开方运算，生成所述正弦波信号的高精度幅值信号序列。

本实施方式，可快速准确的获得正弦波信号的高精度幅值。

优选地，可将上述获取所述正弦波信号的高精度幅值的操作步骤S401至S407分别对应侧操作模块集成到图2所示的幅值检测器110中。

进一步地，可通过零交法对所述正弦信号或所述采样数据序列进行频率初测，获得所述初步频率。还可通过本领域技术人员惯用的技术手段对所述采样数据序列进行频率初测获取初步频率

更进一步地，由于初步频率存在误差，但影响有限，典型的在初步频率相对误差10^-4，在四分之一周期延时产生的附加误差为(π/2)/10000，附加误差值为cos[(π/2)/10000]＝1.23×10^-8，对高精度检波的影响可忽略。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电力系统中正弦波信号的参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据预设信号时间长度和预设信号离散采样频率，对正弦波信号进行采样，获得采样数据序列；

对所述采样数据序列的幅值进行归一化处理，生成幅值归一化的正弦波信号序列；

从所述正弦波信号序列中选取与所述正弦波信号序列的开始过零点距离最近的两个离散信号和与所述正弦波信号序列的结束过零点距离最近的两个离散信号；

通过预设的周期计算模型将选取的四个离散信号的采样值转换为所述正弦波信号的周期；

将所述正弦波信号的周期转换为所述正弦波信号的频率。

2.根据权利要求1所述的电力系统中正弦波信号的参数测量方法，其特征在于，对所述采样数据序列的幅值进行归一化处理，生成幅值归一化的正弦波信号序列的步骤包括以下步骤：

对所述采样数据序列进行高精度幅值检波，获取所述正弦波信号的高精度幅值信号序列；

获取所述采样数据序列与所述高精度幅值信号序列的比值为幅值归一化的正弦波信号序列。

3.根据权利要求2所述的电力系统中正弦波信号的参数测量方法，其特征在于，对所述采样数据序列进行高精度检波，获取所述正弦波信号的高精度幅值信号序列的步骤包括以下步骤：

对所述采样数据序列进行初步频率测量，得到所述采样数据序列的初步频率；

基于所述初步频率对所述采样数据序列进行四分之一周期延时处理，获得第一延时数据序列；

将所述第一延时数据序列进行平方运算，获得第一平方数据序列；

基于所述初步频率对所述采样数据序列进行二分之一周期延时处理，获得第二延时数据序列；

将所述采样数据序列与所述第二延时数据序列进行减法运算，获得减法数据序列；

基于所述初步频率计算延时误差量，根据所述延时误差量对所述减法数据序列进行误差修正，获得修正数据序列；

对所述修正数据序列进行平方运算，获得第二平方数据序列；

对所述第二平方数据序列与四分之一相乘，获得相乘数据序列；

将所述第一平方数据序列与所述相乘数据序列进行加法运算，获得相加数据序列；

将所述相加数据序列进开方运算，生成所述正弦波信号的高精度幅值信号序列。

4.根据权利要求3所述的电力系统中正弦波信号的参数测量方法，其特征在于，获取所述采样数据序列与所述高精度幅值信号序列的比值为幅值归一化的正弦波信号序列的步骤包括以下步骤：

通过除法器对所述采样数据序列和所述高精度幅值信号序列除法运算，生成所述幅值归一化的正弦波信号序列。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的电力系统中正弦波信号的参数测量方法，其特征在于，将所述正弦波信号的周期转换为所述正弦波信号的频率的步骤包括以下步骤：

检测所述正弦波信号序列的开始过零点到所述正弦波信号序列的结束过零点之间的信号周期数，得到所述正弦波信号的周期数；

获取所述周期与所述正弦波信号的周期数的比值，并获取所述比值的倒数为所述正弦波信号的频率。

6.一种电力系统中正弦波信号的参数测量系统，其特征在于，包括：

信号采样模块，用于根据预设信号时间长度和预设信号离散采样频率，对正弦波信号进行采样，获得采样数据序列；

幅值归一化模块，用于对所述采样数据序列的幅值进行归一化处理，生成幅值归一化的正弦波信号序列；

信号选取模块，用于从所述正弦波信号序列中选取与所述正弦波信号序列的开始过零点距离最近的两个离散信号和与所述正弦波信号序列的结束过零点距离最近的两个离散信号；

周期获取模块，用于通过预设的周期计算模型将选取的四个离散信号的采样值转换为所述正弦波信号的周期；

频率获取模块，用于将所述正弦波信号的周期转换为所述正弦波信号的频率。

7.根据权利要求6所述的电力系统中正弦波信号的参数测量系统，其特征在于，所述幅值归一化模块还用于：

对所述采样数据序列进行高精度幅值检波，获取所述正弦波信号的高精度幅值信号序列；

获取所述采样数据序列与所述高精度幅值信号序列的比值为幅值归一化的正弦波信号序列。

8.根据权利要求7所述的电力系统中正弦波信号的参数测量系统，其特征在于，所述幅值归一化模块还用于：

对所述采样数据序列进行初步频率测量，得到所述采样数据序列的初步频率；

基于所述初步频率对所述采样数据序列进行四分之一周期延时处理，获得第一延时数据序列；

将所述第一延时数据序列进行平方运算，获得第一平方数据序列；

基于所述初步频率对所述采样数据序列进行二分之一周期延时处理，获得第二延时数据序列；

将所述采样数据序列与所述第二延时数据序列进行减法运算，获得减法数据序列；

基于所述初步频率计算延时误差量，根据所述延时误差量对所述减法数据序列进行误差修正，获得修正数据序列；

对所述修正数据序列进行平方运算，获得第二平方数据序列；

对所述第二平方数据序列与四分之一相乘，获得相乘数据序列；

将所述第一平方数据序列与所述相乘数据序列进行加法运算，获得相加数据序列；

将所述相加数据序列进开方运算，生成所述正弦波信号的高精度幅值信号序列。

9.根据权利要求8所述的电力系统中正弦波信号的参数测量系统，其特征在于，所述幅值归一化模块进一步还用于：

通过除法器对所述采样数据序列和所述高精度幅值信号序列除法运算，生成所述幅值归一化的正弦波信号序列。

10.根据权利要求6至9中任意一项所述的电力系统中正弦波信号的参数测量系统，其特征在于，所述频率获取模块还用于：

检测所述正弦波信号序列的开始过零点到所述正弦波信号序列的结束过零点之间的信号周期数，得到所述正弦波信号的周期数；

获取所述周期与所述正弦波信号的周期数的比值，并获取所述比值的倒数为所述正弦波信号的频率。