CN104330644B - 检测电力系统中正弦波信号幅值的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测电力系统中正弦波信号幅值的方法和系统，所述方法包括：对正弦波信号进行采样获得采样数据序列；测量采样数据序列的频率，得到初步频率；基于初步频率对采样数据序列依次进行四分之一周期延时和平方，获得第一平方数据序列；基于初步频率依次对采样数据序列进行二分之一周期延时，获得第二延时数据序列；将采样数据序列与第二延时数据序列进行减法，获得减法数据序列；对减法数据序列依次进行平方运算、与四分之一相乘，获得相乘数据序列；将第一平方数据序列与相乘数据序列进行加法，获得相加数据序列；将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数据序列。实施本发明，可快速准确的获得高精度幅值。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，特别是涉及一种检测电力系统中正弦波信号幅值的方法和系统。
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低频率信号频率测量精度的要求越来越高。电力信号的频率较低，在各种低频率测量方法中，一种正弦波参数计算法可测到精度较高的低频率正弦波信号频率，但首先需要测得正弦波信号的幅值，正弦波信号的幅值通常采用迭代算法得到。当正弦波信号的幅值存在过程波动，则迭代算法也难以适应。可靠的处理方法是对正弦波信号的幅值进行归一化处理，但正弦波信号幅值的归一化处理、需要有高精度的正弦波信号的幅值信号为前提条件。
但是现有的幅值归一化方法获得的低频信号的幅值的精度低，进而会降低频率测量的精度。
发明内容
基于此，有必要针对上述幅值归一化方法获得的低频信号的幅值的精度低，进而会降低频率测量的精度的问题，提供一种检测电力系统中正弦波信号幅值的方法和系统。
一种检测电力系统中正弦波信号幅值的方法，包括以下步骤：
根据预设的信号离散采样频率，对输入的正弦波信号进行采样，获取采样数据序列；
测量所述采样数据序列的频率，得到所述正弦波信号的初步频率；
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信号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数据序列。
一种检测电力系统中正弦波信号幅值的系统，包括：
采样模块，用于根据预设的信号离散采样频率，对输入的正弦波信号进行采样，获取采样数据序列；
测量模块，用于测量所述采样数据序列的频率，得到所述正弦波信号的初步频率；
第一延时模块，用于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；
第一平方模块，用于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；
第二延时模块，用于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；
减法处理模块，用于将所述采样数据序列与所述第二延时信号延时数据序列进行减法运算，获得减法数据序列；
修正模块，用于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；
第二平方模块，用于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；
相乘处理模块，用于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；
加法处理模块，用于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；
开方处理模块，用于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数据序列。
上述检测电力系统中正弦波信号幅值的方法和系统，通过对输入的正弦波信号进行采样，获取采样数据序列，对采样数据序列进行四分之一周期延时处理，延时处理信号进行平方运算，获得第一平方数据序列；通过对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；对所述减法数据序列进行修正、平方运算、四分之一相乘运算，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数据序列。可快速准确的获得高精度幅值，进而可为提高正弦波信号的测量精度做好前提准备。
附图说明
图1是本发明检测电力系统中正弦波信号幅值的方法第一实施方式的流程示意图；
图2是本发明检测电力系统中正弦波信号幅值的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。
本发明中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础，否则步骤的相对次序是可以调整的。
请参阅图1，图1是本发明的检测电力系统中正弦波信号幅值的方法第一实施方式的流程示意图。
本实施方式的所述检测电力系统中正弦波信号幅值的方法，可包括以下步骤：
步骤S101，根据预设的信号离散采样频率，对输入的正弦波信号进行采样，获取采样数据序列。
步骤S102，测量所述采样数据序列的频率，得到所述正弦波信号的初步频率。
步骤S103，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S104，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S105，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S106，将所述采样数据序列与所述第二延时信号延时数据序列进行减法运算，获得减法数据序列。
步骤S107，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S108，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S109，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S110，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S111，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数据序列。
本实施方式，通过对输入的正弦波信号进行采样，获取采样数据序列，对采样数据序列进行四分之一周期延时处理，延时处理信号进行平方运算，获得第一平方数据序列；通过对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；对所述减法数据序列进行修正、平方运算、四分之一相乘运算，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数据序列。可快速准确的获得高精度幅值，进而可为提高正弦波信号的测量精度做好前提准备。
其中，对于步骤S101，采样正弦波信号可通过电网领域惯用的信号采样设备进行采样。
优选地，所述正弦波信号的额定频率为50Hz。在实际操作中，正弦波信号的额定频率可在47.5Hz-52.5Hz间取值。
对于步骤S102，可通过零交法对所述采样数据序列进行频率初测，获取所述初步频率。还可通过本领域技术人员惯用的其他频率测量方法对所述采样数据序列进行频率初测。
对于步骤S103，可根据所述初步频率获取所述采样数据序列的周期，根据获取的周期对所述采样数据序列进行四分之一周期延时处理。可通过电网领域的延时设备或延时电路进行延时处理。
优选地，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的表达式如公式(1)：
n＝0,1,2,3,.....,N-1
其中，fn为采样频率、单位Hz，(int)(πfn/2ω)代表四分之一周期(T/4)延时对应的整数采样间隔数，(int)代表整数化，N为序列长度，n为具体的序列数。
对于步骤S104，可通过电网领域的平方运算处理设备或平方运算处理电路进行平方运算处理。
优选地，所述第一平方数据序列的表达式如公式(2)：
n＝0,1,2,3,.....,N-1 (2)；
对于步骤S105，可通过电网领域的延时设备或延时电路进行延时处理。
优选地，以所述第一延时数据序列为基准信号时，正弦波信号的序列表达式如公式(3)、第二延时数据序列的表达式如公式(4)：
n＝0,1,2,3,.....,N-1
n＝0,1,2,3,.....,N-1 (4)；
其中，π/4代表移相90度，单位rad。β代表四分之一延时误差值，单位rad。(πfn/ωs)代表π/4移相，2(int)(πfn/2ω)代表T/2延时对应的整数采样间隔数。
优选地，采样数据序列的表达式即为所述正弦波信号的序列表达式。
对于步骤S106，可通过电网领域的减法器或减法电路进行减法运算处理，获得减法数据序列。
对于步骤S107，延时的误差会产生幅值误差并在幅值信号中产生残余的波动分量。在数值离散化的计算中，最大可产生1个信号采样间隔时间内的误差。因此，获得减法数据序列后还需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。
优选地，所述延时误差量可通过参考频率计算得到具体误差量。
优选地，减法数据序列的表达式如公式(5)：
n＝0,1,2,3,.....,N-1 (5)；
进一步地，误差修正后得到的修正数据序列的表达式如公式(6)：
n＝0,1,2,3,.....,N-1
对于步骤S108，可通过电网领域的平方运算设备或平方运算电路进行平方运算处理，获得第二平方数据序列。
对于步骤S109，可通过电网领域的乘法器或乘法电路进行相乘运算处理，获得相乘数据序列。
优选地，相乘数据序列的表达式如公式(7)：
n＝0,1,2,3,.....,N-1 (7)；
对于步骤S110，可通过电网领域的加法器或加法电路进行加法运算处理，获得相加信号。
对于步骤S111，可通过电网领域的开方器或开方电路进行开方运算处理，获得所述正弦波信号的高精度幅值数据序列。精度可为1.23*10-6。
优选地，可得到正弦波信号的高精度幅值数据序列的表达式如公式(8):
优选地，相加信号的表达式如公式(8)：
n＝0,1,2,3,.....,N-1
进一步地，可根据所述高精度幅值数据序列生成电力系统的幅值归一化正弦波信号序列，输入相应电力设备进行相应应用。
在一个实施例中，所述基于所述初步频率计算延时误差量的步骤还包括以下步骤：
获取所述正弦波信号的序列表达式和所述第二延时数据序列的表达式的差值，生成差值表达式。
将所述减法数据序列的预设期望表达式与所述差值表达式的比值作为所述延时误差量。
优选地，获取延时误差量的具体计算过程如下：
差值表达式如公式(5)；
根据公式(5)，获得延时误差量的表达式为公式(9)：
请参阅图2，图2是本发明的检测电力系统中正弦波信号幅值的系统第一实施方式的结构示意图。
本实施方式的所述检测电力系统中正弦波信号幅值的系统，可包括采样模块1010、测量模块1020、第一延时模块1030、第一平方模块1040、第二延时模块1050、减法处理模块1060、修正模块1070、第二平方模块1080、相乘处理模块1090、加法处理模块1110和开方处理模块1120，其中：
采样模块1010，用于根据预设的信号离散采样频率，对输入的正弦波信号进行采样，获取采样数据序列。
测量模块1020，用于测量所述采样数据序列的频率，得到所述正弦波信号的初步频率。
第一延时模块1030，用于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。
第一平方模块1040，用于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。
第二延时模块1050，用于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。
减法处理模块1060，用于将所述采样数据序列与所述第二延时信号延时数据序列进行减法运算，获得减法数据序列。
修正模块1070，用于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。
第二平方模块1080，用于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。
相乘处理模块1090，用于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。
加法处理模块1110，用于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。
开方处理模块1120，用于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数据序列。
本实施方式，通过对输入的正弦波信号进行采样，获取采样数据序列，对采样数据序列进行四分之一周期延时处理，延时处理信号进行平方运算，获得第一平方数据序列；通过对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；对所述减法数据序列进行修正、平方运算、四分之一相乘运算，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数据序列。可快速准确的获得高精度幅值，进而可为提高正弦波信号的测量精度做好前提准备。
其中，对于采样模块1010，采样正弦波信号可通过电网领域惯用的信号采样设备进行采样。
优选地，所述正弦波信号的额定频率为50Hz。在实际操作中，正弦波信号的额定频率可在47.5Hz-52.5Hz间取值。
对于测量模块1020，可通过零交法对所述采样数据序列进行频率初测，获取所述初步频率。还可通过本领域技术人员惯用的其他频率测量方法对所述采样数据序列进行频率初测。
对于第一延时模块1030，可根据所述初步频率获取所述采样数据序列的周期，根据获取的周期对所述采样数据序列进行四分之一周期延时处理。可通过电网领域的延时设备或延时电路进行延时处理。
优选地，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的表达式如公式(1)：
n＝0,1,2,3,.....,N-1
其中，fn为采样频率、单位Hz，(int)(πfn/2ω)代表四分之一周期(T/4)延时对应的整数采样间隔数，(int)代表整数化，N为序列长度，n为具体的序列数。
对于第一平方模块1040，可通过电网领域的平方运算处理设备或平方运算处理电路进行平方运算处理。
优选地，所述第一平方数据序列的表达式如公式(2)：
n＝0,1,2,3,.....,N-1 (2)；
对于第二延时模块1050，可通过电网领域的延时设备或延时电路进行延时处理。
优选地，以所述第一延时数据序列为基准信号时，正弦波信号的序列表达式如公式(3)、第二延时数据序列的表达式如公式(4)：
n＝0,1,2,3,.....,N-1
n＝0,1,2,3,.....,N-1 (4)；
其中，π/4代表移相90度，单位rad。β代表四分之一延时的移相误差值，单位rad。(πfn/ωs)代表π/4移相，2(int)(πfn/2ω)代表T/2延时对应的整数采样间隔数。
对于减法处理模块1060，可通过电网领域的减法器或减法电路进行减法运算处理，获得减法数据序列。
对于修正模块1070，延时的误差会产生幅值误差并在幅值信号中产生残余的波动分量。在数值离散化的计算中，最大可产生1个信号采样间隔时间内的误差。因此，获得减法数据序列后还需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。
优选地，所述延时误差量可通过参考频率计算得到具体误差量。
优选地，减法数据序列的表达式如公式(5)：
n＝0,1,2,3,.....,N-1 (5)；
进一步地，误差修正后得到的修正数据序列的表达式如公式(6)：
n＝0,1,2,3,.....,N-1
对于第二平方模块1080，可通过电网领域的平方运算设备或平方运算电路进行平方运算处理，获得第二平方数据序列。
对于相乘处理模块1090，可通过电网领域的乘法器或乘法电路进行相乘运算处理，获得相乘数据序列。
优选地，相乘数据序列的表达式如公式(7)：
n＝0,1,2,3,.....,N-1 (7)；
对于加法处理模块1110，可通过电网领域的加法器或加法电路进行加法运算处理，获得相加信号。
对于开方处理模块1120，可通过电网领域的开方器或开方电路进行开方运算处理，获得所述正弦波信号的高精度幅值数据序列。
优选地，可得到正弦波信号的高精度幅值数据序列的表达式如公式(8):
优选地，相加信号的表达式如公式(8)：
n＝0,1,2,3,.....,N-1
进一步地，可根据所述高精度幅值数据序列生成电力系统的幅值归一化正弦波信号序列，输入相应电力设备进行相应应用。
在另一个实施例中，修正模块1070还用于：
获取所述正弦波信号的序列表达式和所述第二延时数据序列的表达式的差值，生成差值表达式。
将所述减法数据序列的预设期望表达式与所述差值表达式的比值作为所述延时误差量。
优选地，获取延时误差量的具体计算过程如下：
差值表达式如公式(5)；
根据公式(5)，获得延时误差量的表达式为公式(9)：
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 (4)
1.一种检测电力系统中正弦波信号幅值的方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据预设的信号离散采样频率，对输入的正弦波信号进行采样，获取采样数据序列；
测量所述采样数据序列的频率，得到所述正弦波信号的初步频率；
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行开方运算，生成所述正弦波信号的高精度幅值数据序列；
所述基于所述初步频率计算延时误差量的步骤包括：
获取所述正弦波信号的序列表达式和所述第二延时数据序列的表达式的差值，生成差值表达式；
将所述减法数据序列的预设期望表达式与所述差值表达式的比值作为所述延时误差量。
2.根据权利要求1所述的检测电力系统中正弦波信号幅值的方法，其特征在于，所述正弦波信号的额定频率为50Hz。
3.一种检测电力系统中正弦波信号幅值的系统，其特征在于，包括：
采样模块，用于根据预设的信号离散采样频率，对输入的正弦波信号进行采样，获取采样数据序列；
测量模块，用于测量所述采样数据序列的频率，得到所述正弦波信号的初步频率；
第一延时模块，用于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；
第一平方模块，用于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；
第二延时模块，用于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；
减法处理模块，用于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；
修正模块，用于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；
第二平方模块，用于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；
相乘处理模块，用于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；
加法处理模块，用于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；
开方处理模块，用于将所述相加数据序列进行开方运算，生成所述正弦波信号的高精度幅值数据序列；
所述修正模块还用于：
获取所述正弦波信号的序列表达式和所述第二延时数据序列的表达式的差值，生成差值表达式；
将所述减法数据序列的预设期望表达式与所述差值表达式的比值作为所述延时误差量。
4.根据权利要求3所述的检测电力系统中正弦波信号幅值的系统，其特征在于，所述正弦波信号的额定频率为50Hz。
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 基于DUFFING阵子的接地网故障诊断弱信号幅值检测新方法;倪云峰 等;《电测与仪表》;20081031;第45卷(第514期);第22-25、45页 * |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| CN104330644A (zh) | 2015-02-04 |
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