CN104502700B - 电力信号的正弦参数测量方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力信号的正弦参数测量方法和系统，所述方法包括：对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并以所述初步基波频率为参考频率将所述参考频率的余弦函数和正弦函数分别与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列和实数向量序列；通过对实数向量序列和虚数向量序列数字滤波，生成实数向量滤波序列和虚数向量滤波序列，进而积分生成实数向量积分值和虚数向量积分值；再根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数。实施本发明，可抑制实数向量序列和虚数向量序列中的混频干扰成分，生成高精度的实数向量和虚数向量序列积分值，最终获得精度较高的正弦参数。

Description

电力信号的正弦参数测量方法和系统

【技术领域】

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种电力信号的正弦参数测量方法和系统。

【背景技术】

电力系统的频率测量、谐波测量、功率测量等在本质上均为正弦参数的测量。傅里叶变换等是实现正弦参数测量的基本方法，在电力系统有广泛的应用。但随着正弦测量技术的发展，傅里叶变换存在的问题也越显突出，难以进一步满足正弦参数高精度计算的要求。

电力系统功率计算首先是电压电流幅值和相位的计算，而电压电流幅值和相位的计算又首先是频率的计算，可认为频率测量是正弦参数计算的基础。在电力系统频率测量方面，有形式各样的频率测量或计算方法，如零交法、基于滤波的算法、基于小波变换算法、基于神经网络的算法、基于DFT变换的频率算法、基于相位差的频率算法等。

但是，电网运行额定工频为50Hz，属于较低的频率，以上所述的频率测量方法对低频信号的频率测量精度不高，且抗噪声干扰性差，易导致正弦参数的测量精度低、抗噪声干扰性差。

【发明内容】

基于此，有必要针对以上所述的频率测量方法对低频信号的频率测量精度不高，且抗噪声干扰性差，易导致正弦参数的测量精度低、抗噪声干扰性差的问题，提供一种电力信号的正弦参数测量方法和系统。

一种电力信号的正弦参数测量方法，包括以下步骤：

根据预设时间长度和预设采样频率，对电力信号进行采样，生成采样数据序列；

对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并以所述初步基波频率为参考频率；

将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列；

对所述实数向量序列进行数字滤波，生成实数向量滤波序列；

对所述实数向量滤波序列进行积分运算，生成实数向量积分值；

将所述参考频率的正弦函数与所述采样数据序列相乘，获得虚数向量序列；

对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波序列；

对所述虚数向量滤波序列进行积分运算，生成虚数向量积分值；

根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数。

一种电力信号的正弦参数测量系统，包括：

采样模块，用于根据预设时间长度和预设采样频率，对电力信号进行采样，生成采样数据序列；

初测模块，用于对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并以所述初步基波频率为参考频率；

实数向量序列模块，用于将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列；

实数向量滤波模块，用于对所述实数向量序列进行数字滤波，生成实数向量滤波序列；

实数向量积分模块，用于对所述实数向量滤波序列进行积分运算，生成实数向量积分值；

虚数向量序列模块，用于将所述参考频率的正弦函数与所述采样数据序列相乘，获得虚数向量序列；

虚数向量滤波模块，用于对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波序列；

虚数向量积分模块，用于对所述虚数向量滤波序列进行积分运算，生成虚数向量积分值；

正弦参数测量模块，用于根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数。

上述电力信号的正弦参数测量方法和系统，对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并以所述初步基波频率为参考频率将所述参考频率的余弦函数和正弦函数分别与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列和实数向量序列；通过对虚数向量序列和实数向量序列数字滤波，生成虚数向量滤波序列和实数向量滤波序列，进而积分生成虚数向量积分值和实数向量积分值；再根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数。数字滤波可抑制虚数向量序列和实数向量序列中的混频干扰成分，得到高精度的虚数向量积分值和实数向量积分值，最终获得精度较高的正弦参数。

【附图说明】

图1是本发明电力信号的正弦参数测量方法的流程示意图；

图2是本发明电力信号的正弦参数测量系统的结构示意图。

图3是本发明电力信号的正弦参数测量方法中数字滤波的频域滤波特性示意图；

图4是本发明电力信号的正弦参数测量方法中混频成分抑制特性示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

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是本发明电力信号的正弦参数测量方法的流程示意图。

本实施方式的所述电力信号的正弦参数测量方法，可包括以下步骤：

步骤S101，根据预设时间长度和预设采样频率，对电力信号进行采样，生成采样数据序列。

步骤S102，对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并以所述初步基波频率为参考频率。

步骤S103，将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列。

步骤S104，对所述实数向量序列进行数字滤波，生成实数向量滤波序列。

步骤S105，对所述实数向量滤波序列进行积分运算，生成实数向量积分值。

步骤S106，将所述参考频率的正弦函数与所述采样数据序列相乘，获得虚数向量序列。

步骤S107，对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波序列。

步骤S108，对所述虚数向量滤波序列进行积分运算，生成虚数向量积分值。

步骤S109，根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数。

本实施方式，对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并以所述初步基波频率为参考频率将所述参考频率的余弦函数和正弦函数分别与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列和实数向量序列；通过对虚数向量序列和实数向量序列数字滤波，生成虚数向量滤波序列和实数向量滤波序列，进而积分生成虚数向量积分值和实数向量积分值；再根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数。数字滤波可抑制虚数向量序列和实数向量序列中的混频干扰成分，得到高精度的虚数向量积分值和实数向量积分值，最终获得精度较高的正弦参数。

其中，对于步骤S101，所述电力信号包括正弦基波信号、正弦1/3谐波成分、正弦1/2谐波成分、正弦2次谐波成分、正弦3次谐波成分、正弦4次谐波成分和正弦5次谐波成分。优选地可通过电网领域的采样设备对所述电力信号进行采样，获得采样数据序列。

优选地，可根据在额定频率50Hz，采样频率远大于电力系统额定频率的原则设置预设数的采样频率。

进一步地，为了保证一定的频率测量实时性，可取信号时间长度等于0.25s。

更进一步地，电力系统额定频率50Hz，为了提高性能，采样频率应远大于50Hz，优选地，设置采样频率等于f_n＝5000Hz，采样间隔表达为式(1)：

式中，T_n为采样间隔，单位s；f_n为所述预设采样频率，单位Hz。

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，优选地，可通过乘法器将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列。所述乘法器是一种混频器。

在一个实施例中，所述实数向量序列、即实数混频序列如式(2)所示：

其中，A为基波幅值；ω为基波频率，单位rad/s；为初相位，单位rad；ω_s为参考频率，单位rad/s；n为序列数，单位无量纲；T_n为采样间隔，单位s。将频率相减(ω-ω_s)部分定义为有用成分，频率相加(ω+ω_s)部分定义为混频干扰。

对于步骤S104，可通过数字滤波器对所述实数向量序列进行多级数字滤波，生成实数向量滤波序列，滤除混频干扰成分。

优选地，如果在所述采样数据序列中存在谐波成分，包括分次谐波和次谐波成分，则混频成分更加复杂，以基波、1/3、1/2、2，3次谐波为例，信号基波频率等于在参考频率时，其中实数向量中的混频成分如下：

设所述采样数据序列为式(3)：

在参考频率等于基波频率，则混频序列为式(4)：

式(4)中，为有用成分，其余的均混频干扰，数字滤波需要对所述混频干扰进行深度抑制。

在一个实施例中，数字滤波对所述实数向量序列中N_T个连续离散值相加，然后取其算术平均值作为滤波输出。

在N_T取值为二分之一参考频率的单位周期序列长度时，可以对1/2分次谐波和所有次谐波影响进行抑制，而在N_T取值为三分之二参考频率的单位周期序列长度时，可以对1/3分次谐波影响进行抑制。因此，数字滤波由两种滤波参数的滤波器所构成，为了提高混频干扰的抑制性能，每种滤波参数的滤波器均由参数完全相同的三级数字滤波组成。

滤波参数N_T取值为二分之一参考频率的单位周期序列长度时，第一数字滤波为式(5)：

式中，X₁(n)为第一数字滤波输出序列，X_R(n)为第一数字滤波输入序列(所述实数向量序列)，N_T1为第一滤波参数,即连续离散值相加数量。

N_T取值为三分之二参考频率的单位周期序列长度时，第二数字滤波为式(6)：

式中，X₂(n)为第二数字滤波输出序列，X_RL(n)为实数向量滤波序列，X₁(n)为所述第一数字滤波输出序列，N_T2为第二滤波参数，即连续离散值相加数量。

在另一个实施例中，对所述实数向量序列进行数字滤波，生成实数向量滤波序列的步骤包括以下步骤：

通过第一滤波器对所述实数向量序列进行三级数字滤波，生成第一滤波数据序列，其中，所述第一滤波器的每级数字滤波的滤波参数均为所述参考频率的单位周期序列长度的2倍。

通过第二滤波器对所述第一滤波数据序列进行三级数字滤波，生成所述实数向量滤波序列，其中，所述第二滤波器的每级数字滤波的滤波参数均为所述参考频率的单位周期序列长度的1.5倍。

在其他实施例中，还可通过第一滤波器对实数向量序列进行四级以上数字滤波，通过第二滤波器对所述第一滤波数据序列进行四级以上数字滤波。

对于步骤S105，可通过积分器对所述实数向量滤波序列进行积分运算，生成实数向量积分值，用R_e(ω_s)表达在参考频率的实数积分值。

对于步骤S106，可通过乘法器将所述参考频率的正弦函数与所述采样数据序列相乘，获得虚数向量序列。所述乘法器是一种混频器。

在一个实施例中，所述虚数向量序列、即虚数混频序列如式(7)：

其中，A为基波幅值；ω为基波频率，单位rad/s；为初相位，单位rad；ω_s为参考频率，单位rad/s；n为序列数，单位无量纲；T_n为采样间隔，单位s。将频率相减(ω-ω_s)部分定义为有用成分，频率相加(ω+ω_s)部分定义为混频干扰。

对于步骤S107，可通过数字滤波器对所述虚数向量序列进行多级数字滤波，生成虚数向量滤波序列，滤除混频干扰成分。

在一个实施例中，数字滤波对所述虚数向量序列中N_T个连续离散值相加，然后取其算术平均值作为滤波输出。

在N_T取值为二分之一参考频率的单位周期序列长度时，可以对1/2分次谐波和所有次谐波影响进行抑制，而在N_T取值为三分之二参考频率的单位周期序列长度时，可以对1/3分次谐波影响进行抑制。因此，数字滤波由两种滤波参数的滤波器所构成，为了提高混频干扰的抑制性能，每种滤波参数的滤波器均可由参数完全相同的三级数字滤波组成。

滤波参数N_T取值为二分之一参考频率的单位周期序列长度时，第三数字滤波为式(8)：

式中，X₃(n)为第三数字滤波输出序列，X_I(n)为第三数字滤波输入序列(所述需数向量序列)，N_T3为第三滤波参数,即连续离散值相加数量。

N_T取值为三之二参考频率的单位周期序列长度时，第四数字滤波为式(9)：

式，X₄(n)为第四数字滤波输出序列，X_IL(n)为虚数向量滤波序列，X₃(n)为所述第三数字滤波输出序列，N_T4为第四滤波参数，即连续离散值相加数量。

在另一个实施例中，对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波序列的步骤包括以下步骤：

通过第三滤波器对所述虚数向量序列进行三级数字滤波，生成第二滤波数据序列，其中，所述第三滤波器的每级数字滤波的滤波参数均为所述参考频率的单位周期序列长度的2倍。

通过第四滤波器对所述第二滤波数据序列进行三级数字滤波，生成所述虚数向量滤波序列，其中，所述第四滤波器的每级数字滤波的滤波参数均为所述参考频率的单位周期序列长度的1.5倍。

在其他实施例中，还可通过第三滤波器对虚数向量序列进行四级以上数字滤波，通过第四滤波器对所述第二滤波数据序列进行四级以上数字滤波。

对于步骤S108，可通过积分器对所述虚数向量滤波序列进行积分运算，生成虚数向量积分值，用I_m(ω_s)表达在参考频率的虚数积分值。

对于步骤S109，优选地，所述正弦参数包括基波频率、基波幅值、基波相位、谐波幅值、谐波相位、有功功率和无功功率中的至少一种。所述预设的正弦参数转换规则对应于所述正弦参数与所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值间的转换式。

在一个实施例中，根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数的步骤包括以下步骤：

获取所述实数向量积分值与所述虚数向量积分值的平方和。

对获取的平方和开根，生成正弦幅值。

在另一个实施例中，根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数的步骤包括以下步骤：

获取所述虚数向量积分值与所述实数向量积分值的比值。

获取所述比值的反正切函数值的相反数，生成正弦相位。

请参阅图2，图2是本发明电力信号的正弦参数测量系统的结构示意图。

本实施方式的所述电力信号的正弦参数测量系统，可包括采样模块1010、初测模块1020、实数向量序列模块1030、实数向量滤波模块1040、实数向量积分模块1050、虚数向量序列模块1060、虚数向量滤波模块1070、虚数向量积分模块1080和正弦参数测量模块1090，其中：

采样模块1010，用于根据预设时间长度和预设采样频率，对电力信号进行采样，生成采样数据序列。

初测模块1020，用于对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并以所述初步基波频率为参考频率。

实数向量序列模块1030，用于将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列。

实数向量滤波模块1040，用于对所述实数向量序列进行数字滤波，生成实数向量滤波序列。

实数向量积分模块1050，用于对所述实数向量滤波序列进行积分运算，生成实数向量积分值。

虚数向量序列模块1060，用于将所述参考频率的正弦函数与所述采样数据序列相乘，获得虚数向量序列。

虚数向量滤波模块1070，用于对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波序列。

虚数向量积分模块1080，用于对所述虚数向量滤波序列进行积分运算，生成虚数向量积分值。

正弦参数测量模块1090，用于根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数。

本实施方式，对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并以所述初步基波频率为参考频率将所述参考频率的余弦函数和正弦函数分别与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列和实数向量序列；通过对虚数向量序列和实数向量序列数字滤波，生成虚数向量滤波序列和实数向量滤波序列，进而积分生成虚数向量积分值和实数向量积分值；再根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数。数字滤波可抑制虚数向量序列和实数向量序列中的混频干扰成分，得到高精度的虚数向量积分值和实数向量积分值，最终获得精度较高的正弦参数。

其中，对于采样模块1010，所述电力信号包括正弦基波信号、正弦1/3谐波成分、正弦1/2谐波成分、正弦2次谐波成分、正弦3次谐波成分、正弦4次谐波成分和正弦5次谐波成分。优选地可通过电网领域的采样设备对所述电力信号进行采样，获得采样数据序列。

优选地，可根据在额定频率50Hz，采样频率远大于电力系统额定频率的原则设置预设数的采样频率。

进一步地，为了保证一定的频率测量实时性，可取信号时间长度等于0.25s。

更进一步地，电力系统额定频率50Hz，为了提高性能，采样频率应远大于50Hz，优选地，设置采样频率等于f_n＝5000Hz，采样间隔表达为式(1)：

式中，T_n为采样间隔，单位s；f_n为所述预设采样频率，单位Hz。

对于初测模块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。

对于实数向量序列模块1030，优选地，可通过乘法器将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列。所述乘法器是一种混频器。

在一个实施例中，所述实数向量序列，即实数混频序列如式(2)所示：

其中，A为基波幅值；ω为基波频率，单位rad/s；为初相位，单位rad；ω_s为参考频率，单位rad/s；n为序列数，单位无量纲；T_n为采样间隔，单位s。将频率相减(ω-ω_s)部分定义为有用成分，频率相加(ω+ω_s)部分定义为混频干扰。

对于实数向量滤波模块1040，可通过数字滤波器对所述实数向量序列进行多级数字滤波，生成实数向量滤波序列，滤除混频干扰成分。

优选地，如果在所述采样数据序列中存在谐波成分，包括分次谐波和次谐波成分，则混频作用产生的频率成分更加复杂，以基波、1/3、1/2、2，3次谐波为例，信号基波频率等于在参考频率时，其中实数向量中的混频成分如下：

设所述采样数据序列为式(3)：

在参考频率等于基波频率，则混频序列为式(4)：

式(4)中，为有用成分，其余的均为混频干扰，数字滤波需要对所述混频干扰进行深度抑制。

在一个实施例中，数字滤波对所述实数向量序列中N_T个连续离散值相加，然后取其算术平均值作为滤波输出。

在N_T取值为二分之一参考频率的单位周期序列长度时，可以对1/2分次谐波和所有次谐波影响进行抑制，而在N_T取值为三分之二参考频率的单位周期序列长度时，可以对1/3分次谐波影响进行抑制。因此，数字滤波由两种滤波参数的滤波器所构成，为了提高混频干扰的抑制性能，每种滤波参数的滤波器均由参数完全相同的三级数字滤波组成。

滤波参数N_T取值为二分之一参考频率的单位周期序列长度时，第一数字滤波为式(5)：

式中，X₁(n)为第一数字滤波输出序列，X_R(n)为第一数字滤波输入序列(所述实数向量序列)，N_T1为第一滤波参数,即连续离散值相加数量。

N_T取值为三分之二参考频率的单位周期序列长度时，第二数字滤波为式(6)：

式中，X₂(n)为第二数字滤波输出序列，X_RL(n)为实数向量滤波序列，X₁(n)为所述第一数字滤波输出序列，N_T2为第二滤波参数，即连续离散值相加数量。

在另一个实施例中，实数向量滤波模块1040可包括第一滤波模块和第二滤波模块，其中：

所述第一滤波模块用于通过第一滤波器对所述实数向量序列进行三级数字滤波，生成第一滤波数据序列，其中，所述第一滤波器的每级数字滤波的滤波参数均为所述参考频率的单位周期序列长度的2倍。

所述第二滤波模块用于通过第二滤波器对所述第一滤波数据序列进行三级数字滤波，生成所述实数向量滤波序列，其中，所述第二滤波器的每级数字滤波的滤波参数均为所述参考频率的单位周期序列长度的1.5倍。

在其他实施例中，还可通过第一滤波器对实数向量序列进行四级以上数字滤波，通过第二滤波器对所述第一滤波数据序列进行四级以上数字滤波。

对于实数向量积分模块1050，可通过积分器对所述实数向量滤波序列进行积分运算，生成实数向量积分值，用R_e(ω_s)表达在参考频率的实数积分值。

对于虚数向量序列模块1060，可通过乘法器将所述参考频率的正弦函数与所述采样数据序列相乘，获得虚数向量序列。所述乘法器是一种混频器。

在一个实施例中，所述虚数向量序列，即虚数混频序列如式(7)：

其中，A为基波幅值；ω为基波频率，单位rad/s；为初相位，单位rad；ω_s为参考频率，单位rad/s；n为序列数，单位无量纲；T_n为采样间隔，单位s。将频率相减(ω-ω_s)部分定义为有用成分，频率相加(ω+ω_s)部分定义为混频干扰。

对于虚数向量滤波模块1070，可通过数字滤波器对所述虚数向量序列进行多级数字滤波，生成虚数向量滤波序列，滤除混频干扰成分。

在一个实施例中，数字滤波对所述虚数向量序列中N_T个连续离散值相加，然后取其算术平均值作为滤波输出。

在N_T取值为二分之一参考频率的单位周期序列长度时，可以对1/2分次谐波和所有次谐波影响进行抑制，而在N_T取值为三分之二参考频率的单位周期序列长度时，可以对1/3分次谐波影响进行抑制。因此，数字滤波由两种滤波参数的滤波器所构成，为了提高混频干扰的抑制性能，每种滤波参数的滤波器均可由参数完全相同的三级数字滤波组成。

滤波参数N_T取值为二分之一参考频率单位周期序列长度时，第三数字滤波为式(8)：

中，X₃(n)为第三数字滤波输出序列，X_I(n)为第三数字滤波输入序列(所述需数向量序列)，N_T3为第三滤波参数,即连续离散值相加数量。

N_T取值为三分之二参考频率的单位周期序列长度时，第四数字滤波为式(9)：

式，X₄(n)为第四数字滤波输出序列，X_IL(n)为虚数向量滤波序列，X₃(n)为所述第三数字滤波输出序列，N_T4为第四滤波参数，即连续离散值相加数量。在另一个实施例中，虚数向量滤波模块1080可包括第三滤波模块和第四滤波模块，其中：

所述第三滤波模块用于通过第三滤波器对所述虚数向量序列进行三级数字滤波，生成第二滤波数据序列，其中，所述第三滤波器的每级数字滤波的滤波参数均为所述参考频率的单位周期序列长度的2倍。

所述第四滤波模块用于通过第四滤波器对所述第二滤波数据序列进行三级数字滤波，生成所述虚数向量滤波序列，其中，所述第四滤波器的每级数字滤波的滤波参数均为所述参考频率的单位周期序列长度的1.5倍。

在其他实施例中，还可通过第三滤波器对虚数向量序列进行四级以上数字滤波，通过第四滤波器对所述第二滤波数据序列进行四级以上数字滤波。

对于虚数向量积分模块1080，可通过积分器对所述虚数向量滤波序列进行积分运算，生成虚数向量积分值，用I_m(ω_s)表达在参考频率的实数积分值。

对于正弦参数测量模块1090，优选地，所述正弦参数包括基波频率、基波幅值、基波相位、谐波幅值、谐波相位、有功功率和无功功率中的至少一种。所述预设的正弦参数转换规则对应于所述正弦参数与所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值间的转换式。

在一个实施例中，正弦参数测量模块1090还可用于：

获取所述实数向量积分值与所述虚数向量积分值的平方和。

对获取的平方和开根，生成正弦幅值。

优选地，所述预设的正弦参数转换规则如式(10)所示：

式中，X(ω_s)为在参考频率的正弦幅值；R_e(ω_s)为在参考频率的实数积分值；I_m(ω_s)为在参考频率的虚数积分值。

在另一个实施例中，正弦参数测量模块1090还可进一步用于：

获取所述虚数向量积分值与所述实数向量积分值的比值。

获取所述比值的反正切函数值的相反数，生成正弦相位。

优选地，正弦相位计算为式(11)：

式中，PH(ω_s)为在参考频率的正弦相位，单位rad，范围±π/2；R_e(ω_s)为在参考频率的实数积分值；I_m(ω_s)为在参考频率的虚数积分值。

请参阅图3，图3是本发明电力信号的正弦参数测量方法中数字滤波的频域滤波特性示意图。

在采样频率5000Hz，参考频率50Hz(100πrad/s)，得到N_T1＝N_T3＝200，N_T2＝N_T4＝150。在参考频率变化时，N_T1和N_T2(或N_T3和N_T4)存在1个采样间隔内的误差，通过改进算法，可将误差控制在0.5个采样间隔内。

图3所示的数字滤波具有较好的频域滤波特性，其中，在信号基波频率等于参考频率并且滤波参数没有误差时，图3所示的频域特性对混频干扰分量具有完全的抑制作用。

请参阅图4，图4是本发明电力信号的正弦参数测量方法中混频干扰抑制特性示意图。

在参考频率误差不大于±0.25％或者滤波参数误差在0.5个采样间隔以内，图3所示的频域滤波特性对所述的混频干扰仍然具有良好的抑制特性。其中在基波频率50Hz，参考频率50.125Hz，滤波参数N_T1＝200、N_T2＝150，仅对1/3、1/2分次谐波混频干扰成分抑制特性的计算结果，如图4所示，垂直线代表1/3、1/2分次谐波混频干扰的频率点，图中给出的最小抑制量为-204dB。

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)

1.一种电力信号的正弦参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据预设时间长度和预设采样频率，对电力信号进行采样，生成采样数据序列；

对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并以所述初步基波频率为参考频率；

将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列；

对所述实数向量序列进行数字滤波，生成实数向量滤波序列；

对所述实数向量滤波序列进行积分运算，生成实数向量积分值；

将所述参考频率的正弦函数与所述采样数据序列相乘，获得虚数向量序列；

对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波序列；

对所述虚数向量滤波序列进行积分运算，生成虚数向量积分值；

根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数，所述预设的正弦参数转换规则对应于所述正弦参数与所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值间的转换式。

2.根据权利要求1所述的电力信号的正弦参数测量方法，其特征在于，所述正弦参数包括基波频率、基波幅值、基波相位、谐波幅值、谐波相位、有功功率和无功功率中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的电力信号的正弦参数测量方法，其特征在于，根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数的步骤包括以下步骤：

获取所述实数向量积分值与所述虚数向量积分值的平方和；

对获取的平方和开根，生成正弦幅值。

4.根据权利要求1所述的电力信号的正弦参数测量方法，其特征在于，根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数的步骤包括以下步骤：

获取所述虚数向量积分值与所述实数向量积分值的比值；

获取所述比值的反正切函数值的相反数，生成正弦相位。

5.根据权利要求1所述的电力信号的正弦参数测量方法，其特征在于，所述电力信号包括正弦基波信号、正弦1/3谐波成分、正弦1/2谐波成分、正弦2次谐波成分、正弦3次谐波成分、正弦4次谐波成分和正弦5次谐波成分。

6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的电力信号的正弦参数测量方法，其特征在于，对所述实数向量序列进行数字滤波，生成实数向量滤波序列的步骤包括以下步骤：

通过第一滤波器对所述实数向量序列进行三级数字滤波，生成第一滤波数据序列，其中，所述第一滤波器的每级数字滤波的滤波参数均为所述参考频率的单位周期序列长度的2倍；

通过第二滤波器对所述第一滤波数据序列进行三级数字滤波，生成所述实数向量滤波序列，其中，所述第二滤波器的每级数字滤波的滤波参数为所述参考频率单位周期序列长度的1.5倍。

7.根据权利要求1至5中的任意一项所述的电力信号的正弦参数测量方法，其特征在于，对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波序列的步骤包括以下步骤：

通过第三滤波器对所述虚数向量序列进行三级数字滤波，生成第二滤波数据序列，其中，所述第三滤波器的每级数字滤波的滤波参数均为所述参考频率的单位周期序列长度的2倍；

通过第四滤波器对所述第二滤波数据序列进行三级数字滤波，生成所述虚数向量滤波序列，其中，所述第四滤波器的每级数字滤波的滤波参数为所述参考频率单位周期序列长度的1.5倍。

8.一种电力信号的正弦参数测量系统，其特征在于，包括：

采样模块，用于根据预设时间长度和预设采样频率，对电力信号进行采样，生成采样数据序列；

初测模块，用于对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并以所述初步基波频率为参考频率；

实数向量序列模块，用于将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列；

实数向量滤波模块，用于对所述实数向量序列进行数字滤波，生成实数向量滤波序列；

实数向量积分模块，用于对所述实数向量滤波序列进行积分运算，生成实数向量积分值；

虚数向量序列模块，用于将所述参考频率的正弦函数与所述采样数据序列相乘，获得虚数向量序列；

虚数向量滤波模块，用于对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波序列；

虚数向量积分模块，用于对所述虚数向量滤波序列进行积分运算，生成虚数向量积分值；

正弦参数测量模块，用于根据预设的正弦参数转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为相应的正弦参数，所述预设的正弦参数转换规则对应于所述正弦参数与所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值间的转换式。

9.根据权利要求8所述的电力信号的正弦参数测量系统，其特征在于，所述实数向量滤波模块包括第一滤波模块和第二滤波模块，其中：

所述第一滤波模块用于通过第一滤波器对所述实数向量序列进行三级数字滤波，生成第一滤波数据序列，其中，所述第一滤波器的每级数字滤波的滤波参数均为所述参考频率的单位周期序列长度的2倍；

所述第二滤波模块用于通过第二滤波器对所述第一滤波数据序列进行三级数字滤波，生成所述实数向量滤波序列，其中，所述第二滤波器的每级数字滤波的滤波参数为所述参考频率单位周期序列长度的1.5倍。

10.根据权利要求8项所述的电力信号的正弦参数测量系统，其特征在于，所述虚数向量滤波模块包括第三滤波模块和第四滤波模块，其中：

所述第三滤波模块用于通过第三滤波器对所述虚数向量序列进行三级数字滤波，生成第二滤波数据序列，其中，所述第三滤波器的每级数字滤波的滤波参数均为所述参考频率的单位周期序列长度的2倍；

所述第四滤波模块用于通过第四滤波器对所述第二滤波数据序列进行三级数字滤波，生成所述虚数向量滤波序列，其中，所述第四滤波器的每级数字滤波的滤波参数为所述参考频率单位周期序列长度的1.5倍。