CN105334388A - 一种处理信号的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种处理信号的方法及装置，通过采集电网信号，并对所述电网信号的每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，获取所述电网信号中简谐波的频段；根据所述电网信号中简谐波的频段对所述电网信号进行复调制和重新采集；获取重新采集后的DFT变换后频谱信息，从而能够准确快速对电网间谐波进行检测，提高简谐波检测的实时性。

Description

一种处理信号的方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及信号处理的技术领域，尤其涉及一种处理信号的方法及装置。

背景技术

电力系统中间谐波的主要来源是电网中变频调整装置、低同步串级调速、电弧炉等波动电力负载、感应电动机等铁芯设备以及配电网中的铁磁振荡。间谐波和基波是非同步变换的，因而会导致波形正负半波幅值发生变化以及过零点偏移，使采样数据或过零工作的数字继电器产生误差，甚至误操作造成事故。

为了准确测量间谐波IEC制定了专门的间谐波检测标准，IECStd.61000-4-7规定：采样频率应该足够高以保证能够准确分析的高频谐波分量要达到9kHz，离散傅里叶变换的频率为5Hz时，由采样定理可知，采样频率至少为18KHz，而要达到5Hz的频率分辨率采样时间需要为10个周波，进行这样规定的频谱分析所需的运算量十分巨大，不利于算法的实时实现。进行离散傅里叶变换时要求采样点数是2的整数次幂，如果要达到频率的分辨率为5Hz则采样时间需要为10个周波，但此时进行傅里叶变换的点数就不满足2的整数次幂这个条件，无法进行离散傅里叶变换，给计算带来一定麻烦，而且电能质量检测装置的采样频率一般都是通过锁相环固定的，不便于修改，所以单纯地延长采样周期的方法并不适合于间谐波的实时测量。

当系统中只含有整数次谐波的时候，如果能够做到同步采样，则普通的离散傅里叶变换算法就可以进行准确的谐波检测，当间谐波存在时就必须通过延长采样时间来提高FFT运算的频率分辨率，实际上我们只是对含有间谐波的频段感兴趣，如果只对该部分进行高分辨率的频谱分析，而对其他不感兴趣的部分只进行低分辨率的分析，无疑可以节省大量的运算。

发明内容

本发明实施例的目的在于提出一种处理信号的方法及装置，旨在解决如何准确快速对电网简谐波进行检测的问题。

为达此目的，本发明实施例采用以下技术方案：

第一方面，一种处理信号的方法，所述方法包括：

采集电网信号，并对所述电网信号的每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，获取所述电网信号中简谐波的频段；

根据所述电网信号中简谐波的频段对所述电网信号进行复调制和重新采集；

获取重新采集后的DFT变换后频谱信息。

优选地，所述采集电网信号，包括：

其中，f_s为采集频率，M为采集分量个数，f_i，A_i，为采集分量的频率，幅值和相位，N为每个周波采集的点数。

优选地，所述对所述电网信号的每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，获取所述电网信号中简谐波的频段，包括：

对每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，并显示结果；

若从频谱图上获取间谐波的信息，则获取所述简谐波所处的频段f1-f2；

其中，所述DFT分析为: $X_0\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_0\left(n\right)W_N^{nk},(k=0,1,2,\mathrm{...},N-1);W_N^{nk}=e^{-j2\mathrm{\π}/N}.$

优选地，所述根据所述电网信号中简谐波的频段对所述电网信号进行复调制和重新采集，包括：

对所述电网信号x₀(n)以进行复调制，得到频移信号；

根据所述频移信号对所述电网信号进行重新采集。

优选地，所述根据所述频移信号对所述电网信号进行重新采集之前，还包括：

对所述频移信号进行低通滤波；

所述根据所述频移信号对所述电网信号进行重新采集，包括：

使用低通滤波后的采集频率对所述电网信号进行重新采集。

第二方面，一种处理信号的装置，所述装置包括：

第一采集模块，用于采集电网信号；

第一获取模块，用于对所述电网信号的每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，获取所述电网信号中简谐波的频段；

第二采集模块，用于根据所述电网信号中简谐波的频段对所述电网信号进行复调制和重新采集；

第二获取模块，用于获取重新采集后的DFT变换后频谱信息。

优选地，所述第一采集模块，用于：

其中，f_s为采集频率，M为采集分量个数，f_i，A_i，为采集分量的频率，幅值和相位，N为每个周波采集的点数。

优选地，所述第一获取模块，用于：

对每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，并显示结果；

若从频谱图上获取间谐波的信息，则获取所述简谐波所处的频段f1-f2；

其中，所述DFT分析为： $X_0\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_0\left(n\right)W_N^{nk},(k=0,1,2,\mathrm{...},N-1);W_N^{nk}=e^{-j2\mathrm{\π}/N}.$

优选地，所述第二采集模块，用于：

对所述电网信号以进行复调制，得到频移信号；

根据所述频移信号对所述电网信号进行重新采集。

优选地，所述装置还包括：

低通滤波模块，用于对所述频移信号进行低通滤波；

所述第二采集模块，用于：

使用低通滤波后的采集频率对所述电网信号进行重新采集。

本发明实施例通过采集电网信号，并对所述电网信号的每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，获取所述电网信号中简谐波的频段；根据所述电网信号中简谐波的频段对所述电网信号进行复调制和重新采集；获取重新采集后的DFT变换后频谱信息，从而能够准确快速对电网间谐波进行检测，提高简谐波检测的实时性。

附图说明

图1是本发明实施例处理信号的方法第一实施例的流程示意图；

图2是本发明实施例处理信号的方法第二实施例的流程示意图；

图3是本发明实施例处理信号的装置的功能模块示意图；

图4是本发明实施例另一处理信号的装置的功能模块示意图；

图5是本发明实施例另一处理信号的装置的功能模块示意图；

图6是本发明实施例简谐波分析后的结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明实施例作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明实施例，而非对本发明实施例的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明实施例相关的部分而非全部结构。

实施例一

参考图1，图1是本发明实施例处理信号的方法第一实施例的流程示意图。

在实施例一中，所述处理信号的方法包括：

步骤101，采集电网信号，并对所述电网信号的每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，获取所述电网信号中简谐波的频段；

优选地，所述采集电网信号，包括：

其中，f_s为采集频率，M为采集分量个数，f_i，A_i，为采集分量的频率，幅值和相位，N为每个周波采集的点数。

优选地，所述对所述电网信号的每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，获取所述电网信号中简谐波的频段，包括：

对每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，并显示结果；

若从频谱图上获取间谐波的信息，则获取所述简谐波所处的频段f1-f2；

其中，所述DFT分析为: $X_0\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_0\left(n\right)W_N^{nk},(k=0,1,2,\mathrm{...},N-1);W_N^{nk}=e^{-j2\mathrm{\π}/N}.$

步骤102，根据所述电网信号中简谐波的频段对所述电网信号进行复调制和重新采集；

优选地，所述根据所述电网信号中简谐波的频段对所述电网信号进行复调制和重新采集，包括：

对所述电网信号x₀(n)以进行复调制，得到频移信号；

根据所述频移信号对所述电网信号进行重新采集。

具体的，间谐波所处的频段为f1-f2，在频带(f1-f2)范围内进行频率细化分析，频带的中心频率为：

$f_e=\frac{f_1+f_2}{2}$

对x₀(n)以进行复调制，得到频移信号为

$\begin{array}{c}x\left(n\right)=x_0{\left(n\right)}^{-j2{\mathrm{\πnf}}_e/f_s}=x_0\left(n\right)cos\frac{2{\mathrm{\πnf}}_e}{f_s}-{\mathrm{jx}}_0\left(n\right)sin\frac{2{\mathrm{\πnf}}_e}{f_s}\\ =x_0\left(n\right)n\cos \frac{2{\mathrm{\πnL}}_0}{N}-{\mathrm{jx}}_0\left(n\right)\sin \frac{2{\mathrm{\πnL}}_0}{N_0}\end{array}$

L₀为频率中心位移，L₀＝f_e/Δf。根据DFT的移频性质，x(n)的离散谱X(n)同x₀(n)的离散频谱X₀(n)有下述关系

X(k)＝X₀(k+L₀)

复调制使得x₀(n)的频率成分f_e移到x(n)的零频点，相当于X₀(k)中的第L₀条谱线移到X(k)中零点谱线位置。

步骤103，获取重新采集后的DFT变换后频谱信息。

本发明实施例通过采集电网信号，并对所述电网信号的每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，获取所述电网信号中简谐波的频段；根据所述电网信号中简谐波的频段对所述电网信号进行复调制和重新采集；获取重新采集后的DFT变换后频谱信息，从而能够准确快速对电网间谐波进行检测，提高简谐波检测的实时性。

实施例二

参考图2，图2是本发明实施例处理信号的方法第二实施例的流程示意图。

步骤201，采集电网信号，并对所述电网信号的每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，获取所述电网信号中简谐波的频段；

具体的，对电网信号进行采样，采样值为x₀(n)

其中，f_s为采样频率，M为采样分量个数，f_i,A_i,为采样分量的频率，幅值和相位，N为每个周波采样的点数。

对每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，并显示结果，此时没有必要进行间谐波的分析即可获得较为准确的结果，如果出现间谐波，则频谱图上观察到频谱泄露的现象，根据这一现象初步判断间谐波所处的频段f1-f2，其DFT分析为

$X_0\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_0\left(n\right)W_N^{nk},(k=0,1,2,\mathrm{...},N-1)$

式中 $W_N^{nk}=e^{-j2\mathrm{\π}/N}.$

步骤202，根据所述电网信号中简谐波的频段对所述电网信号进行复调制，获取频移信号；

具体的，间谐波所处的频段为f1-f2，在频带(f1-f2)范围内进行频率细化分析，频带的中心频率为

$f_e=\frac{f_1+f_2}{2}$

对x₀(n)以进行复调制，得到频移信号为

$\begin{array}{c}x\left(n\right)=x_0{\left(n\right)}^{-j2{\mathrm{\πnf}}_e/f_s}=x_0\left(n\right)cos\frac{2{\mathrm{\πnf}}_e}{f_s}-{\mathrm{jx}}_0\left(n\right)sin\frac{2{\mathrm{\πnf}}_e}{f_s}\\ =x_0\left(n\right)n\cos \frac{2{\mathrm{\πnL}}_0}{N}-{\mathrm{jx}}_0\left(n\right)\sin \frac{2{\mathrm{\πnL}}_0}{N_0}\end{array}$

L₀为频率中心位移，L₀＝f_e/Δf。根据DFT的移频性质，x(n)的离散谱X(n)同x₀(n)的离散频谱X₀(n)有下述关系

X(k)＝X₀(k+L₀)

复调制使得x₀(n)的频率成分f_e移到x(n)的零频点，相当于X₀(k)中的第L₀条谱线移到X(k)中零点谱线位置。

步骤203，对所述频移信号进行低通滤波；

具体的，为了使重采样后不产生频谱混叠现象，在重新采样前应进行低通滤波，滤波器的截止频率为f_s/2D，D是一个比例因子，又称为抽取比，滤波器的输出为

$Y\left(k\right)=X\left(k\right)H\left(k\right)=X_0(k+L_0),(k=0,1,2,\mathrm{...},\frac{N}{2},\mathrm{...},N-1)$

H(k)为数字低通滤波器的频率响应。数字低通滤波采用FIR数字滤波器，采用窗函数法设计FIR数字滤波器，本发明中采用的窗函数为海明窗，窗函数为：

$w\left(n\right)=\[0.54-0.46cos\left(\frac{2\mathrm{\π}}{N-1}\right)\]R_N\left(n\right)$

其频率响应的幅度函数为

$W\left(n\right)=0.54W_R\left(\mathrm{\ω}\right)+0.23\[W_R(\mathrm{\ω}-\frac{2\mathrm{\π}}{N-1})+W_R(\mathrm{\ω}-\frac{2\mathrm{\π}}{N-1})\]$

步骤204，使用低通滤波后的采集频率对所述电网信号进行重新采集；

具体的，经低通滤波滤波后，信号y(n)中不再含有高频成分，使用较低的采样频率对其进行重新采样，放大倍数为D,重新采样时每隔D个点保留一个数据，此时的采样频率为f_s'＝f_s/D，得到时域信号g(m)＝y(Dm)；

$g\left(m\right)=\frac{1}{N}\[\underset{p=0}{\overset{\frac{N}{2}-1}{\Σ}}X(p+L_0)W^{-pm}+\underset{p=\frac{N}{2}}{\overset{N-1}{\Σ}}X(p-N+L_0)W^{-pm}\]$

步骤205，获取重新采集后的DFT变换后频谱信息。

具体的，对重新采样的的数据进行N点DFT变换，求出g(m)的频谱

$G\left(k\right)=\underset{m=0}{\overset{N-1}{\Σ}}g\left(m\right)W_N^{mk}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{D}{X}_0(k+L_0)& (k=0,1,2,\mathrm{...},\frac{N}{2}-1)\\ \frac{1}{D}{X}_0(k+L_0-N)& (k=\frac{N}{2},\frac{N}{2}+1,\mathrm{...},N-1)\end{array}\right.$

经DFT得到的各频率分量的分布顺序与其自然顺序并不相等，需要进行移频，移频方法如下

$X_0\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}DG(k-L_0)& (k=L_0,L_0+1,\mathrm{...},L_0+\frac{N}{2}-1)\\ DG(k-L_0+n)& (k=L_0-\frac{N}{2},\mathrm{...},L_0-1)\end{array}\right.$

实施例三

参考图3，图3是本发明实施例处理信号的装置的功能模块示意图。

在实施例三中，所述处理信号的装置包括：

第一采集模块301，用于采集电网信号；

优选地，所述第一采集模块301，用于：

其中，f_s为采集频率，M为采集分量个数，f_i，A_i，为采集分量的频率，幅值和相位，N为每个周波采集的点数。

第一获取模块302，用于对所述电网信号的每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，获取所述电网信号中简谐波的频段；

优选地，所述第一获取模块302，用于：

对每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，并显示结果；

若从频谱图上获取间谐波的信息，则获取所述简谐波所处的频段f1-f2；

其中，所述DFT分析为： $X_0\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_0\left(n\right)W_N^{nk},(k=0,1,2,\mathrm{...},N-1);W_N^{nk}=e^{-j2\mathrm{\π}/N}.$

第二采集模块303，用于根据所述电网信号中简谐波的频段对所述电网信号进行复调制和重新采集；

优选地，所述第二采集模块303，用于：

对所述电网信号以进行复调制，得到频移信号；

根据所述频移信号对所述电网信号进行重新采集。

具体的，间谐波所处的频段为f1-f2，在频带(f1-f2)范围内进行频率细化分析，频带的中心频率为：

$f_e=\frac{f_1+f_2}{2}$

对x₀(n)以进行复调制，得到频移信号为

$\begin{array}{c}x\left(n\right)=x_0{\left(n\right)}^{-j2{\mathrm{\πnf}}_e/f_s}=x_0\left(n\right)cos\frac{2{\mathrm{\πnf}}_e}{f_s}-{\mathrm{jx}}_0\left(n\right)sin\frac{2{\mathrm{\πnf}}_e}{f_s}\\ =x_0\left(n\right)n\cos \frac{2{\mathrm{\πnL}}_0}{N}-{\mathrm{jx}}_0\left(n\right)\sin \frac{2{\mathrm{\πnL}}_0}{N_0}\end{array}$

L₀为频率中心位移，L₀＝f_e/Δf。根据DFT的移频性质，x(n)的离散谱X(n)同x₀(n)的离散频谱X₀(n)有下述关系

X(k)＝X₀(k+L₀)

复调制使得x₀(n)的频率成分f_e移到x(n)的零频点，相当于X₀(k)中的第L₀条谱线移到X(k)中零点谱线位置。

第二获取模块304，用于获取重新采集后的DFT变换后频谱信息。

本发明实施例通过采集电网信号，并对所述电网信号的每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，获取所述电网信号中简谐波的频段；根据所述电网信号中简谐波的频段对所述电网信号进行复调制和重新采集；获取重新采集后的DFT变换后频谱信息，从而能够准确快速对电网间谐波进行检测，提高简谐波检测的实时性。

实施例四

参考图4，图4是本发明实施例另一处理信号的装置的功能模块示意图。

在实施例四的基础上，所述装置包括：

第一采集模块401，用于采集电网信号；

具体的，对电网信号进行采样，采样值为x₀(n)

其中，f_s为采样频率，M为采样分量个数，f_i,A_i,为采样分量的频率，幅值和相位，N为每个周波采样的点数。

对每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，并显示结果，此时没有必要进行间谐波的分析即可获得较为准确的结果，如果出现间谐波，则频谱图上观察到频谱泄露的现象，根据这一现象初步判断间谐波所处的频段f1-f2，其DFT分析为

$X_0\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_0\left(n\right)W_N^{nk},(k=0,1,2,\mathrm{...},N-1)$

式中 $W_N^{nk}=e^{-j2\mathrm{\π}/N}.$

第一获取模块402，用于对所述电网信号的每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，获取所述电网信号中简谐波的频段；

具体的，间谐波所处的频段为f1-f2，在频带(f1-f2)范围内进行频率细化分析，频带的中心频率为

$f_e=\frac{f_1+f_2}{2}$

对x₀(n)以进行复调制，得到频移信号为

$\begin{array}{c}x\left(n\right)=x_0{\left(n\right)}^{-j2{\mathrm{\πnf}}_e/f_s}=x_0\left(n\right)cos\frac{2{\mathrm{\πnf}}_e}{f_s}-{\mathrm{jx}}_0\left(n\right)sin\frac{2{\mathrm{\πnf}}_e}{f_s}\\ =x_0\left(n\right)n\cos \frac{2{\mathrm{\πnL}}_0}{N}-{\mathrm{jx}}_0\left(n\right)\sin \frac{2{\mathrm{\πnL}}_0}{N_0}\end{array}$

L₀为频率中心位移，L₀＝f_e/Δf。根据DFT的移频性质，x(n)的离散谱X(n)同x₀(n)的离散频谱X₀(n)有下述关系

X(k)＝X₀(k+L₀)

复调制使得x₀(n)的频率成分f_e移到x(n)的零频点，相当于X₀(k)中的第L₀条谱线移到X(k)中零点谱线位置。

低通滤波模块403，用于对所述频移信号进行低通滤波；

优选地，低通滤波模块403，用于对所述频移信号进行低通滤波；

具体的，为了使重采样后不产生频谱混叠现象，在重新采样前应进行低通滤波，滤波器的截止频率为f_s/2D，D是一个比例因子，又称为抽取比，滤波器的输出为

$Y\left(k\right)=X\left(k\right)H\left(k\right)=X_0(k+L_0),(k=0,1,2,\mathrm{...},\frac{N}{2},\mathrm{...},N-1)$

H(k)为数字低通滤波器的频率响应。数字低通滤波采用FIR数字滤波器，采用窗函数法设计FIR数字滤波器，本发明中采用的窗函数为海明窗，窗函数为：

$w\left(n\right)=\[0.54-0.46cos\left(\frac{2\mathrm{\π}}{N-1}\right)\]R_N\left(n\right)$

其频率响应的幅度函数为

$W\left(n\right)=0.54W_R\left(\mathrm{\ω}\right)+0.23\[W_R(\mathrm{\ω}-\frac{2\mathrm{\π}}{N-1})+W_R(\mathrm{\ω}-\frac{2\mathrm{\π}}{N-1})\]$

第二采集模块404，用于使用低通滤波后的采集频率对所述电网信号进行重新采集；

具体的，经低通滤波滤波后，信号y(n)中不再含有高频成分，使用较低的采样频率对其进行重新采样，放大倍数为D,重新采样时每隔D个点保留一个数据，此时的采样频率为f_s'＝f_s/D，得到时域信号g(m)＝y(Dm)；

$g\left(m\right)=\frac{1}{N}\[\underset{p=0}{\overset{\frac{N}{2}-1}{\Σ}}X(p+L_0)W^{-pm}+\underset{p=\frac{N}{2}}{\overset{N-1}{\Σ}}X(p-N+L_0)W^{-pm}\]$

第二获取模块405，用于获取重新采集后的DFT变换后频谱信息。

具体的，对重新采样的的数据进行N点DFT变换，求出g(m)的频谱

$G\left(k\right)=\underset{m=0}{\overset{N-1}{\Σ}}g\left(m\right)W_N^{mk}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{D}{X}_0(k+L_0)& (k=0,1,2,\mathrm{...},\frac{N}{2}-1)\\ \frac{1}{D}{X}_0(k+L_0-N)& (k=\frac{N}{2},\frac{N}{2}+1,\mathrm{...},N-1)\end{array}\right.$

经DFT得到的各频率分量的分布顺序与其自然顺序并不相等，需要进行移频，移频方法如下

$X_0\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}DG(k-L_0)& (k=L_0,L_0+1,\mathrm{...},L_0+\frac{N}{2}-1)\\ DG(k-L_0+n)& (k=L_0-\frac{N}{2},\mathrm{...},L_0-1)\end{array}\right.$

实施例五

参考图5，图5是本发明实施例另一处理信号的装置的功能模块示意图。

在实施例五中，所述处理信号的装置包括：

包括三相交流电采样模块501、间谐波频率估计模块502、复调制移频模块503、数字低通滤波模块504、降低采样频率重新采样模块505、DFT变换模块506、频率调整模块507。

三相交流电采样模块501，用于实时检测当前电网三相交流电信号的瞬时值，如三相电压或电流的瞬时值，采样频率f_s＝ΔfN，Δf为谱线间隔，对于50Hz系统Δf＝50，N一个周波内的采样点数，且N为2的整数次幂，采样时间为10个周波。一相信号的离散序列为x₀(n)，其中n＝0,1,2……10N-1。

间谐波频率估计模块502，电能质量检测装置工作时对每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，并显示结果，此时没有必要进行间谐波的分析即可获得较为准确的结果，如果出现间谐波，则频谱图上观察到频谱泄露的现象，根据这一现象初步判断间谐波所处的频段f1-f2，其DFT分析为

$X_0\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_0\left(n\right)W_N^{nk},(k=0,1,2,\mathrm{...},N-1)$

式中 $W_N^{nk}=e^{-j2\mathrm{\π}/N}.$

复调制移频模块503，由间谐波频率估计模块2知道了间谐波所处的频段为f1-f2，在频带(f1-f2)范围内进行频率细化分析，频带的中心频率为

$f_e=\frac{f_1+f_2}{2}$

对x₀(n)以进行复调制，得到频移信号为

$\begin{array}{c}x\left(n\right)=x_0{\left(n\right)}^{-j2{\mathrm{\πnf}}_e/f_s}=x_0\left(n\right)cos\frac{2{\mathrm{\πnf}}_e}{f_s}-{\mathrm{jx}}_0\left(n\right)sin\frac{2{\mathrm{\πnf}}_e}{f_s}\\ =x_0\left(n\right)\cos \frac{2{\mathrm{\πnL}}_0}{N}-{\mathrm{jx}}_0\left(n\right)\sin \frac{2{\mathrm{\πnL}}_0}{N_0}\end{array}$

L₀为频率中心位移，L₀＝f_e/Δf。根据DFT的移频性质，x(n)的离散谱X(n)同x₀(n)的离散频谱X₀(n)有下述关系

X(k)＝X₀(k+L₀)

复调制使得x₀(n)的频率成分f_e移到x(n)的零频点，相当于X₀(k)中的第L₀条谱线移到X(k)中零点谱线位置。

数字低通滤波器504，为了使重采样后不产生频谱混叠现象，在重新采样前应进行低通滤波，滤波器的截止频率为f_s/2D，D是一个比例因子，又称为抽取比，滤波器的输出为

$Y\left(k\right)=X\left(k\right)H\left(k\right)=X_0(k+L_0),(k=0,1,2,\mathrm{...},\frac{N}{2},\mathrm{...},N-1)$

H(k)为数字低通滤波器的频率响应。数字低通滤波采用FIR数字滤波器，采用窗函数法设计FIR数字滤波器，本发明中采用的窗函数为海明窗，窗函数为：

$w\left(n\right)=\[0.54-0.46cos\left(\frac{2\mathrm{\π}}{N-1}\right)\]R_N\left(n\right)$

其频率响应的幅度函数为

$W\left(n\right)=0.54W_R\left(\mathrm{\ω}\right)+0.23\[W_R(\mathrm{\ω}-\frac{2\mathrm{\π}}{N-1})+W_R(\mathrm{\ω}-\frac{2\mathrm{\π}}{N-1})\]$

降低采样频率重新采样模块505，经低通滤波滤波后，信号y(n)中不再含有高频成分，使用较低的采样频率对其进行重新采样，放大倍数为D,重新采样时每隔D个点保留一个数据，此时的采样频率为f_s'＝f_s/D，得到时域信号g(m)＝y(Dm)

$g\left(m\right)=\frac{1}{N}\[\underset{p=0}{\overset{\frac{N}{2}-1}{\Σ}}X(p+L_0)W^{-pm}+\underset{p=\frac{N}{2}}{\overset{N-1}{\Σ}}X(p-N+L_0)W^{-pm}\]$

DFT变换模块506，对重新采样的的数据进行N点DFT变换，求出g(m)的频谱

$G\left(k\right)=\underset{m=0}{\overset{N-1}{\Σ}}g\left(m\right)W_N^{mk}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{D}{X}_0(k+L_0)& (k=0,1,2,\mathrm{...},\frac{N}{2}-1)\\ \frac{1}{D}{X}_0(k+L_0-N)& (k=\frac{N}{2},\frac{N}{2}+1,\mathrm{...},N-1)\end{array}\right.$

频率调整模块507，经DFT得到的各频率分量的分布顺序与其自然顺序并不相等，需要进行移频，移频方法如下：

$X_0\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}DG(k-L_0)& (k=L_0,L_0+1,\mathrm{...},L_0+\frac{N}{2}-1)\\ DG(k-L_0+n)& (k=L_0-\frac{N}{2},\mathrm{...},L_0-1)\end{array}\right.$

为了说明本发明的技术效果，对本发明一种基于复调制细化谱算法的间谐波的检测方法进行仿真。假定含有谐波的电网信号的表达式为x(t)＝cos(30πt)+0.7cos(60πt)+1.2cos(100πt)+0.9cos(130πt)+2cos(160πt)，信号的基波频率为50Hz，其中间谐波的频率为15Hz、30Hz、65Hz和80Hz。对电网信号进行采样，每个周期的采样点数为512个点，采样时间为10个周期，采样的点数总共为5120，采样频率为25600Hz。如图6为采用本发明进行间谐波分析时的分析结果，检测的结果与信号保持一致。

本发明中，将运算分布进行，一边采样一边移频和滤波，在本实施例中放大倍数为10倍，因此最后只要进行512点的FFT。而与传统多周期FFT运算相比，采用本发明的运算量为18944点复乘法，传统多周期FFT运算的运算量约为31544点复乘法，而实际上由于采样点为5120无法直接进行FFT。可见本发明的运算速度快，减小了大规模FFT运算时对系统的要求，增加了实时性。

根据现行的国家标准，基波频率为50Hz，采样时间为10个周波，要求进行间谐波检测时的分辨率为5Hz。采用本发明进行间谐波检测时的分辨率为5Hz，满足了间谐波的检测精度，达到了现行的国家标准。

以上结合具体实施例描述了本发明实施例的技术原理。这些描述只是为了解释本发明实施例的原理，而不能以任何方式解释为对本发明实施例保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明实施例的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种处理信号的方法，其特征在于，所述方法包括：

采集电网信号，并对所述电网信号的每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，获取所述电网信号中简谐波的频段；

根据所述电网信号中简谐波的频段对所述电网信号进行复调制和重新采集；

获取重新采集后的DFT变换后频谱信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集电网信号，包括：

其中，f_s为采集频率，M为采集分量个数，f_i，A_i，为采集分量的频率，幅值和相位，N为每个周波采集的点数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述电网信号的每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，获取所述电网信号中简谐波的频段，包括：

对每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，并显示结果；

若从频谱图上获取间谐波的信息，则获取所述简谐波所处的频段f1-f2；

其中，所述DFT分析为: $X_0\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_0\left(n\right)W_N^{nk},(k=0,1,2,...,N-1);W_N^{nk}=e^{-j2\mathrm{\π}/N}.$

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电网信号中简谐波的频段对所述电网信号进行复调制和重新采集，包括：

对所述电网信号x₀(n)以进行复调制，得到频移信号；

根据所述频移信号对所述电网信号进行重新采集。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述频移信号对所述电网信号进行重新采集之前，还包括：

对所述频移信号进行低通滤波；

所述根据所述频移信号对所述电网信号进行重新采集，包括：

使用低通滤波后的采集频率对所述电网信号进行重新采集。

6.一种处理信号的装置，其特征在于，所述装置包括：

第一采集模块，用于采集电网信号；

第一获取模块，用于对所述电网信号的每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，获取所述电网信号中简谐波的频段；

第二采集模块，用于根据所述电网信号中简谐波的频段对所述电网信号进行复调制和重新采集；

第二获取模块，用于获取重新采集后的DFT变换后频谱信息。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一采集模块，用于：

其中，f_s为采集频率，M为采集分量个数，f_i，A_i，为采集分量的频率，幅值和相位，N为每个周波采集的点数。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块，用于：

对每一个周期的离散信号进行实时的单周期的DFT分析，并显示结果；

若从频谱图上获取间谐波的信息，则获取所述简谐波所处的频段f1-f2；

其中，所述DFT分析为： $X_0\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_0\left(n\right)W_N^{nk},(k=0,1,2,...,N-1);W_N^{nk}=e^{-j2\mathrm{\π}/N}.$

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二采集模块，用于：

对所述电网信号以进行复调制，得到频移信号；

根据所述频移信号对所述电网信号进行重新采集。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

低通滤波模块，用于对所述频移信号进行低通滤波；

所述第二采集模块，用于：

使用低通滤波后的采集频率对所述电网信号进行重新采集。