CN106405230B - 频率测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频率测量方法和装置。其中，该方法包括：采集电网的电压信号；利用滤波电路对电压信号进行滤波，得到滤波后的模拟电压信号；按照采样间隔时长采样模拟电压信号，得到数字电压信号；对数字电压信号进行滤波处理，得到多个滤波数字电压信号；基于多个滤波数字电压信号，得到电网的当前频率。本发明解决了现有技术中的频率测量方式抗干扰能力差的技术问题。

Description

频率测量方法和装置

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体而言，涉及一种频率测量方法和装置。

背景技术

现阶段微机保护工程应用中，对频率的测量通常采用硬件测频方式与过零点检测软件测频方式。其中，硬件测频方式的具体实现方式为：通过硬件将电网中的正弦模拟信号转换为方波信号，CPU通过捕捉方波信号上升沿或者下降沿而计算得出电网系统的频率；过零点软件测频方式的具体实现方式为：通过判断电网中的正弦信号的两个过零点的时间来计算出电网系统的频率。

上述两种方式在工程应用中存在如下几个缺点：1、抗干扰能力差。硬件测频方式完全依靠硬件滤波，而硬件滤波对谐波处理的效率比较低，因此该方式抗干扰能力差；过零点检测软件测频方式需要判断出正弦信号两个过零点的时间位置，而在确定两个过零点的时间位置时，容易受到外界因素的干扰，导致过零点判断精度不高，且通过两个过零点的时间位置来计算电网系统的频率时，受采样间隔的影响也很大，因此该方式在工程应用中很容易受到现场干扰的影响而影响频率精度。2、计算频率速度慢。硬件测频方式与过零点检测测频方式，理论上最少需要半周波的数据窗，且需要采用很多次的频率测量值，然后计算出平均值，得到电网系统的频率。3、在工程应用中，上述两种测频方式通常测量三相电压的某一相电压，当电网发生故障(例如：单相短路、电压互感器PT断线)，如果频率测量回路为故障回路，此时由于故障将导致测量的电压下降，从而影响频率测量精度。4、硬件测频方式需要额外增加硬件测频电路，增加硬件成本。

针对现有技术中的频率测量方式抗干扰能力差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种频率测量方法和装置，以至少解决现有技术中的频率测量方式抗干扰能力差的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种频率测量方法，该方法包括：采集电网的电压信号；利用滤波电路对所述电压信号进行滤波，得到滤波后的模拟电压信号；按照采样间隔时长采样所述模拟电压信号，得到数字电压信号；对所述数字电压信号进行滤波处理，得到多个滤波数字电压信号；基于所述多个滤波数字电压信号，得到所述电网的当前频率。

进一步地，对所述数字电压信号进行滤波处理，得到多个滤波数字电压信号包括：判断所述数字电压信号是否为干扰信号；若判断出所述数字电压信号不是干扰信号，则通过差分滤波算法对所述数字电压信号进行差分滤波处理，得到所述多个滤波数字电压信号；若判断出所述数字电压信号是干扰信号，则将所述数字电压信号按照预设特征值进行标记处理。

进一步地，判断所述数字电压信号是否为干扰信号包括：获取第k个采样点的所述数字电压信号以及所述第k个采样点之前连续预定数量的采样点的所述数字电压信号，对所述第k个采样点的所述数字电压信号和所述第k个采样点之前连续预定数量的采样点的所述数字电压信号进行差值计算，得到多个差值；比较所述多个差值的大小，得到差值比较结果，在所述差值比较结果满足预设条件时，则确定所述第k个采样点的所述数字电压信号为干扰信号；在所述差值比较结果不满足所述预设条件时，确定所述第k个采样点的所述数字电压信号不是干扰信号。

进一步地，在所述预定数量为3的情况下，判断所述数字电压信号是否为干扰信号包括：获取所述第k个采样点的所述数字电压信号以及所述第k个采样点之前连续3个采样点的所述数字电压信号，通过如下公式计算得到第一差值df_02、第二差值df_12、第三差值df_23以及第四差值df_012：df_02＝u0-u2，df_12＝u1-u2，df_23＝u2-u3，判断所述第四差值df_012是否大于所述第一差值df_02、且所述第二差值df_12是否大于所述第三差值df_23；若判断出所述第四差值df_012大于所述第一差值df_02、且所述第二差值df_12大于所述第三差值df_23，则确定出所述第k个采样点的所述数字电压信号为干扰信号；否则，确定出所述第k个采样点的所述数字电压信号不是干扰信号，其中，df_01＝u0-u1，u0为所述第k个采样点的所述数字电压信号，u1为第k-1个采样点的所述数字电压信号，u2为第k-2个采样点的所述数字电压信号，u3为第k-3个采样点的所述数字电压信号。

进一步地，通过差分滤波算法对所述数字电压信号进行差分滤波处理，得到所述多个滤波数字电压信号包括：获取第k个采样点的所述数字电压信号和第k-n个采样点的所述数字电压信号；计算所述第k个采样点的所述数字电压信号和所述第k-n个采样点的所述数字电压信号的差值，将所述差值作为所述第k个采样点的滤波数字电压信号，其中，k和n为正整数。

进一步地，基于所述多个滤波数字电压信号，得到所述电网的当前频率包括：基于所述多个滤波数字电压信号，通过傅里叶变换公式计算得到所述电网的第一线电压的第一有效电压值、所述电网的第二线电压的第二有效电压值以及所述电网的第三线电压的第三有效电压值；将所述第一有效电压值与预设频率测量门槛值进行比较，得到第一比较结果；若所述第一比较结果表示所述第一有效电压值大于所述预设频率测量门槛值，则确定基于所述多个滤波数字电压信号中，与所述电网的第一线电压对应的滤波数字电压信号，得到所述电网的当前频率；若所述第一比较结果表示所述第一有效电压值小于等于所述预设频率测量门槛值，则将所述第二有效电压值与所述预设频率测量门槛值进行比较，得到第二比较结果；若所述第二比较结果表示所述第二有效电压值大于所述预设频率测量门槛值，则确定基于所述多个滤波数字电压信号中，与所述电网的第二线电压对应的滤波数字电压信号，得到所述电网的当前频率；若所述第二比较结果表示所述第二有效电压值小于等于所述预设频率测量门槛值，则将所述第三有效电压值与所述预设频率测量门槛值进行比较，得到第三比较结果；若所述第三比较结果表示所述第三有效电压值大于所述预设频率测量门槛值，则确定基于所述多个滤波数字电压信号中，与所述电网的第三线电压对应的滤波数字电压信号，得到所述电网的当前频率；若所述第三比较结果表示所述第三有效电压值小于等于所述预设频率测量门槛值，则确定所述电网的当前频率为默认频率。

进一步地，基于所述多个滤波数字电压信号，得到所述电网的当前频率包括：通过如下公式得到计算频率f：其中，u_k为第k个采样点的滤波数字电压信号，u_k-n为第k-n个采样点的滤波数字电压信号，u_k-m为第k-m个采样点的滤波数字电压信号，T_s为计算频率时间间隔，T_s＝T_AD[k]-T_AD[k-m]，T_AD[k]为所述第k个采样点的采样时间点，T_AD[k-m]为所述第k-m个采样点的采样时间点，n＝2*m，n、m和k为正整数；对得到的预设个数的所述计算频率f进行求平均值计算，将得到的平均值作为所述电网的当前频率。

进一步地，在基于所述多个滤波数字电压信号，得到所述电网的当前频率之后，所述方法还包括：从预先设置的PWM周期表中，读取与所述电网的当前频率对应的PWM周期值；根据与所述PWM周期值对应的PWM脉冲信号，控制通过采样模块采样所述模拟电压信号的采样速率，以更新所述采样间隔时长。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种频率测量装置，该装置包括：采集模块，用于采集电网的电压信号；第一滤波模块，用于利用滤波电路对所述电压信号进行滤波，得到滤波后的模拟电压信号；处理模块，用于按照采样间隔时长采样所述模拟电压信号，得到数字电压信号；第二滤波模块，用于对所述数字电压信号进行滤波处理，得到多个滤波数字电压信号；确定模块，用于基于所述多个滤波数字电压信号，得到所述电网的当前频率。

进一步地，所述第二滤波模块包括：判断子模块，用于判断所述数字电压信号是否为干扰信号；差分滤波处理子模块，用于若判断出所述数字电压信号不是干扰信号，则通过差分滤波算法对所述数字电压信号进行差分滤波处理，得到所述多个滤波数字电压信号；标记子模块，用于若判断出所述数字电压信号是干扰信号，则将所述数字电压信号按照预设特征值进行标记处理。

在本发明实施例中，利用滤波电路将电网的电压信号进行硬件滤波，得到滤波后的模拟电压信号，按照采样间隔时长，通过AD采样模块采样滤波后的模拟电压信号，并将模拟电压信号进行模数转换，得到数字电压信号，通过DSP对数字电压信号进行软件滤波处理，得到多个滤波数字电压信号，并基于多个滤波数字电压信号得到电网的当前频率。通过上述实施例，利用滤波电路对电网的电压信号进行硬件滤波，在得到与电网的电压信号对应的数字电压信号之后，对数字电压信号进行软件滤波，经过硬件滤波和软件滤波的双重滤波作用，可以更好的过滤掉由外界干扰对电网电压信号带来的干扰信号，从而提高了抗干扰能力，解决了现有技术中的频率测量方式抗干扰能力差的问题，使测量的电网频率在电磁环境较为复杂的环境或线路故障(单相故障、PT断线)情况下精度更高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种频率测量方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的频率测量方法的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的频率测量方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的一种频率测量装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种频率测量方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种频率测量方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，采集电网的电压信号；

步骤S104，利用滤波电路对电压信号进行滤波，得到滤波后的模拟电压信号；

步骤S106，按照采样间隔时长采样模拟电压信号，得到数字电压信号；

步骤S108，对数字电压信号进行滤波处理，得到多个滤波数字电压信号；

步骤S110，基于多个滤波数字电压信号，得到电网的当前频率。

采用本发明上述实施例，利用滤波电路将电网的电压信号进行硬件滤波，得到滤波后的模拟电压信号，按照采样间隔时长，通过AD采样模块采样滤波后的模拟电压信号，并将模拟电压信号进行模数转换，得到数字电压信号，通过DSP对数字电压信号进行软件滤波处理，得到多个滤波数字电压信号，并基于多个滤波数字电压信号得到电网的当前频率。通过上述实施例，利用滤波电路对电网的电压信号进行硬件滤波，在得到与电网的电压信号对应的数字电压信号之后，对数字电压信号进行软件滤波，经过硬件滤波和软件滤波的双重滤波作用，可以更好的过滤掉由外界干扰对电网电压信号带来的干扰信号，从而提高了抗干扰能力，解决了现有技术中的频率测量方式抗干扰能力差的问题，使测量的电网频率在电磁环境较为复杂的环境或线路故障(单相故障、PT断线)情况下精度更高。

上述的DSP为Digital Signal Processing的缩写，即数字信号处理器。上述的PT为Potential Transformer的缩写，即电压互感器。

具体地，利用滤波电路对电网的电压信号(电压信号为模拟信号)进行低通滤波，除去电压信号中的高次谐波信号，得到滤波后的模拟电压信号，按照采样间隔时长，通过AD采样模块采样滤波后的模拟电压信号，并将滤波后的模拟电压信号进行模数转换，得到数字电压信号，并发送给DSP，DSP对数字电压信号进行软件滤波处理，得到多个滤波数字电压信号，并基于多个滤波数字电压信号得到电网的当前频率。

在上述实施例中，由于经过硬件滤波和软件滤波的双重滤波作用，可以更好的过滤掉由外界干扰对电网电压信号带来的干扰信号，提高了抗干扰能力，因此，可以将上述频率测量的方案较好的应用在电厂、钢厂等电磁环境较为恶劣的环境，且上述频率计算均由软件实现，节约了硬件测频电路成本。此外，通过上述实施例的方案，可以在现场工程应用中达到预定效果。

在本发明的上述实施例中，对数字电压信号进行滤波处理，得到多个滤波数字电压信号包括：判断数字电压信号是否为干扰信号；若判断出数字电压信号不是干扰信号，则通过差分滤波算法对数字电压信号进行差分滤波处理，得到多个滤波数字电压信号；若判断出数字电压信号是干扰信号，则将数字电压信号按照预设特征值进行标记处理。

具体地，在经过模数转换，得到数字电压信号之后，DSP对数字电压信号进行软件滤波处理，得到多个滤波数字电压信号，即DSP首先判断数字电压信号是否为干扰信号(即对应该数字电压信号的采样点是否为干扰点)，若该数字电压信号不是干扰信号，即对应该数字电压信号的采样点不是干扰点，则通过差分滤波算法对该采样点的数字电压信号进行差分滤波处理，得到多个滤波数字电压信号，并基于多个滤波数字电压信号得到电网的当前频率；若该数字电压信号是干扰信号，即对应该数字电压信号的采样点是干扰点，则将该采样点的数字电压信号的数值标记为0xFFFF(即上述的预设特征值)。

通过上述实施例，在进行电网频率测量的过程中，增加了软件过滤的方案，可以进一步去除掉电网电压信号中的干扰信号，从而提高对电网频率测量的抗干扰能力。

在本发明的上述实施例中，判断数字电压信号是否为干扰信号包括：获取第k个采样点的数字电压信号以及第k个采样点之前连续预定数量的采样点的数字电压信号，对第k个采样点的数字电压信号和第k个采样点之前连续预定数量的采样点的数字电压信号进行差值计算，得到多个差值；比较多个差值的大小，得到差值比较结果，在差值比较结果满足预设条件时，则确定第k个采样点的数字电压信号为干扰信号；在差值比较结果不满足预设条件时，确定第k个采样点的数字电压信号不是干扰信号。

通过上述实施例，采用对多个差值进行大小比较的方式，可以判断出AD采样数据中的干扰数据，从而可以去除干扰数据对得到的电网频率的影响，提高了频率测量的抗干扰能力。

在本发明的上述实施例中，在预定数量为3的情况下，判断数字电压信号是否为干扰信号包括：获取第k个采样点的数字电压信号以及第k个采样点之前连续3个采样点的数字电压信号，通过如下公式计算得到第一差值df_02、第二差值df_12、第三差值df_23以及第四差值df_012：df_02＝u0-u2，df_12＝u1-u2，df_23＝u2-u3，判断第四差值df_012是否大于第一差值df_02、且第二差值df_12是否大于第三差值df_23；若判断出第四差值df_012大于第一差值df_02、且第二差值df_12大于第三差值df_23，则确定出第k个采样点的数字电压信号为干扰信号；否则，确定出第k个采样点的数字电压信号不是干扰信号，其中，df_01＝u0-u1，u0为第k个采样点的数字电压信号，u1为第k-1个采样点的数字电压信号，u2为第k-2个采样点的数字电压信号，u3为第k-3个采样点的数字电压信号。

具体地，判断数字电压信号是否为干扰信号，即判断AD采样数据对应的采样点是否干扰点，如果为干扰点，则将该干扰点的采样数据u值标记为0xFFFF。判断干扰点的方法为：设连续相邻4个采样点的采样数据分别为u₀、u₁、u₂、u₃，令df_01＝u₀-u₁，df_02＝u₀-u₂，df_12＝u₁-u₂，df_23＝u₂-u₃，当df_012＞df_02且df_12＞df_23时，则判断出u₀对应的采样点为干扰点。

通过上述实施例，采用多个差值比较的方式，可以判断出AD采样数据是否为干扰数据，即可以判断出与AD采样数据对应的采样点是否为干扰点，该判断方式具有计算简单，处理速度快的优点。

在本发明的上述实施例中，通过差分滤波算法对数字电压信号进行差分滤波处理，得到多个滤波数字电压信号包括：获取第k个采样点的数字电压信号和第k-n个采样点的数字电压信号；计算第k个采样点的数字电压信号和第k-n个采样点的数字电压信号的差值，将差值作为第k个采样点的滤波数字电压信号，其中，k和n为正整数。

可选地，上述n的取值可以为24。

具体地，获取AD采样数据当前点(即上述的第k个采样点)的数字电压信号，并获取当前点之前的24点(即第k-24个采样点)的数字电压信号，计算当前点的数字电压信号和当前点之前的24点的数字电压信号的差值，将差值作为当前点的滤波数字电压信号，即对当前点的数字电压信号做差分滤波运算，通过差分滤波处理，去除当前点的数字电压信号中的直流分量与偶次谐波干扰，得出当前点的滤波数字电压信号u，并将差分滤波处理后的数据(即滤波数字电压信号u)存放到RAM存取空间，该存取空间可以存放528点数据，且循环存放。

需要说明的是，如果在电网电压信号的一个周波内采样48个点，则AD采样数据当前点与当前点之前的24点之间的时长为半波时长；上述AD采样数据为与电网的线电压对应的数字电压信号，如果接线方式为相电压接线方式，则将相电压转换为线电压，以使AD采样数据为与电网的线电压对应的数字电压信号。

通过上述实施例，在判断出数字电压信号不是干扰信号的情况下，通过差分滤波算法对数字电压信号进行差分滤波处理，可以进一步去除数字电压信号中的直流分量与偶次谐波干扰，从而可以得到准确且稳定的滤波数字电压信号，提高得到的电网频率的精度。

在本发明的上述实施例中，基于多个滤波数字电压信号，得到电网的当前频率包括：基于多个滤波数字电压信号，通过傅里叶变换公式计算得到电网的第一线电压的第一有效电压值、电网的第二线电压的第二有效电压值以及电网的第三线电压的第三有效电压值；将第一有效电压值与预设频率测量门槛值进行比较，得到第一比较结果；若第一比较结果表示第一有效电压值大于预设频率测量门槛值，则确定基于多个滤波数字电压信号中，与电网的第一线电压对应的滤波数字电压信号，得到电网的当前频率；若第一比较结果表示第一有效电压值小于等于预设频率测量门槛值，则将第二有效电压值与预设频率测量门槛值进行比较，得到第二比较结果；若第二比较结果表示第二有效电压值大于预设频率测量门槛值，则确定基于多个滤波数字电压信号中，与电网的第二线电压对应的滤波数字电压信号，得到电网的当前频率；若第二比较结果表示第二有效电压值小于等于预设频率测量门槛值，则将第三有效电压值与预设频率测量门槛值进行比较，得到第三比较结果；若第三比较结果表示第三有效电压值大于预设频率测量门槛值，则确定基于多个滤波数字电压信号中，与电网的第三线电压对应的滤波数字电压信号，得到电网的当前频率；若第三比较结果表示第三有效电压值小于等于预设频率测量门槛值，则确定电网的当前频率为默认频率。

上述的电网的第一线电压的第一有效电压值可以用U_ab表示，电网的第二线电压的第二有效电压值可以用U_bc表示，电网的第三线电压的第三有效电压值可以用U_ca表示。

需要说明的是，AD采样数据可以通过多路采样通道得到，下面以3路采样通道为例，详述本发明的上述实施例。可选地，通过第一路采样通道得到与电网的第一线电压对应的数字电压信号，并通过上述实施例描述的实施方式，对与电网的第一线电压对应的数字电压信号进行滤波处理，得到与电网的第一线电压对应的滤波数字电压信号，并通过傅里叶变换公式计算得到电网的第一线电压的第一有效电压值U_ab；通过第二路采样通道得到与电网的第二线电压对应的数字电压信号，并通过类似的步骤，得到电网的第二线电压的第二有效电压值U_bc；通过第三路采样通道得到与电网的第三线电压对应的数字电压信号，并通过类似的步骤，得到电网的第三线电压的第三有效电压值U_ca。

进一步地，上述预设频率测量门槛值可以为30V，如果U_ab＞30V，则采用线路U_ab得到电网的频率，即采用与电网的第一线电压对应的滤波数字电压信号得到电网的频率；如果U_ab≤30V且U_bc＞30V，则采用线路U_bc得到电网的频率，即采用与电网的第二线电压对应的滤波数字电压信号得到电网的频率；如果U_ab≤30V、U_bc≤30V且U_ca＞30V，则采用线路U_ca得到电网的频率，即采用与电网的第三线电压对应的滤波数字电压信号得到电网的频率；如果U_ab≤30V、U_bc＜30V且U_ca＜30V，则确定电网的频率为系统默认频率50HZ。

通过上述实施例，AD采样数据可以通过多路采样通道得到，且可以通过数值比较的方式，判断出频率测量通道，也即判断出基于哪路采样通道对应的采样数据得到电网的频率，解决了现有技术中采用单一通道，并通过单一通道采样三相电压的某一相电压，当电网发生故障，若频率测量回路为故障回路时，由于故障将导致测量的电压下降，从而无法准确测量频率的问题。

在本发明的上述实施例中，基于多个滤波数字电压信号，得到电网的当前频率包括：通过如下公式得到计算频率f：其中，u_k为第k个采样点的滤波数字电压信号，u_k-n为第k-n个采样点的滤波数字电压信号，u_k-m为第k-m个采样点的滤波数字电压信号，T_s为计算频率时间间隔，T_s＝T_AD[k]-T_AD[k-m]，T_AD[k]为第k个采样点的采样时间点，T_AD[k-m]为第k-m个采样点的采样时间点，n＝2*m，n、m和k为正整数；对得到的预设个数的计算频率f进行求平均值计算，将得到的平均值作为电网的当前频率。

上述的m的取值可以为12，n的取值可以为24。

具体地，在经过模数转换，得到数字电压信号之后，DSP首先判断数字电压信号是否为干扰信号(即对应该数字电压信号的采样点是否为干扰点)，若该数字电压信号不是干扰信号，即对应该数字电压信号的采样点不是干扰点，则通过差分滤波算法对该采样点的数字电压信号进行差分滤波处理，得到多个滤波数字电压信号，从多个滤波数字电压信号中提取对应电网电压信号的半周波后的数据u_k、u_k-12、u_k-24，其中u_k、u_k-12、u_k-24三个数据之间的间隔时长为12个T_采样(T_采样为AD采样间隔时长，即上述的采样间隔时长)，依据公式计算出电网的频率。

可选的，上述预设个数可以为10。

进一步地，将通过公式计算的多个频率存放到RAM存取空间，该存取空间可以存放528点数据，循环存放。从存放的多个频率中提取最近的10个f，去掉10个f中2个最大值，2个最小值，计算出剩余6个f的平均值，平均值即为电网的当前频率。

需要说明的是，若DSP判断出数字电压信号是干扰信号，即对应该数字电压信号的采样点是干扰点，则将该采样点的数字电压信号的数值标记为0xFFFF，且不通过该采样点进行电网频率的计算。

还需要说明的是，上述实施例中设置有时间寄存器，记录每次AD采样绝对时间T_AD，即记录每个采样点的采样时间点，并将每个采样点的采样时间点记录存放到RAM存取空间，该存取空间存放528点数据，循环存放。

可选地，以48个采样点为例，也即以在电网电压信号的一个周波内的采样个数为48个为例，上述实施例中的T_s可以为第k个采样点的采样时间点与第k-12个采样点的采样时间点的时间差，也即T_s为12个采样间隔时长。例如，可以通过计算当前点(即上述的第k个采样点)的采样时间点与当前点之前的12点(即第k-12个采样点)的采样时间点的差值，得到T_s，即T_s＝T_AD[k]-T_AD[k-12]。

通过上述实施例，在采样点不是干扰点的情况下，每个采样点通过f计算公式都可计算出相应的电网频率，且采用对预设次数(如10次)的f进行求平均值得到电网的频率，该方案中的数据窗，也即求平均值所使用的数据数量远远小于现有技术中常规计算频率的方案中所使用的数据数量，计算频率速度快，同时可以保证频率的测量精度。

在本发明的上述实施例中，在基于多个滤波数字电压信号，得到电网的当前频率之后，上述方法还包括：从预先设置的PWM周期表中，读取与电网的当前频率对应的PWM周期值；根据与PWM周期值对应的PWM脉冲信号，控制通过采样模块采样模拟电压信号的采样速率，以更新采样间隔时长。

具体地，基于电网的当前频率，实时控制AD采样模块的采样速率，即实时更新AD采样模块采样滤波后的模拟电压信号的采样间隔时长。具体方法，将采样频率区间(40-60HZ)扩大100倍，将区间内每一个频率对应的PWM周期值生成周期表，即得到预先设置的PWM周期表。当通过DSP计算得出电网的当前频率后，根据电网的当前频率查找PWM周期表中对应的PWM周期值，DSP通过与PWM周期值对应的PWM脉冲信号控制AD采样模块的采样速率，以更新AD采样模块采样滤波后的模拟电压信号的采样间隔时长，实现动态频率下的闭环频率测量。

通过上述实施例，可以通过实时测量的电网的当前频率，更新AD采样模块采样滤波后的模拟电压信号的采样间隔时长，并根据更新后的采样间隔时长，可以得到新的电网的当前频率，从而实现了对电网频率的闭环测量，保证在电网电压信号的一个周波内的采样个数为固定个数(如一个周波内采样48个点)，从而可以提高对电网频率的测量精度和稳定度。

需要说明的是，系统默认AD采样频率为2400HZ，即对应电网电压信号的每周波采样48个点，即48个采样点。可以通过如下公式的推导，得到频率计算公式(1)。

电压采样数字值为：

u_k＝Usin(ωt+θ)

u_k-12＝Usin(ωt-12ωT_s+θ)

u_k-24＝Usin(ωt-24ωT_s+θ)

则有

则有

其中：T_s为12个AD采样间隔时长，可由DSP计数器计算得出，u_k、u_k-12、u_k-24为模拟量采样值，通过AD采样直接求得，三个数据之间的间隔时长为12个AD采样间隔时长。DSP可以根据公式(1)计算得出电网的频率，计算方式与上述实施例描述的一致，在此不再赘述。

下面结合图2和图3，详述本发明的上述实施例。

如图2所示，该实施例可以包括滤波电路、AD采样模块、DSP(也可以为其他CPU)，为保证电网频率的计算精度，采用16位高精度AD采样模块。如图3所示，该实施例可以包括如下步骤：

步骤S301，AD采样模块采样滤波后的模拟电压信号。

步骤S302，在AD采样中断中，计算得到T_s和u_k、u_k-12、u_k-24三个数据。

具体地，T_s为12个AD采样间隔时长，可由DSP计数器计算得出，u_k、u_k-12、u_k-24为模拟量采样值，通过AD采样直接求得。

步骤S303，基于T_s和u_k、u_k-12、u_k-24三个数据，计算得到电网的频率。

具体地，通过公式计算得到电网的频率。

步骤S304，对电网的频率进行跟踪。

具体地，基于计算得到的电网频率，从预先设置的PWM周期表中查找与PWM周期值对应的PWM脉冲信号，并通过PWM脉冲信号控制AD采样模块的采样速率，以更新AD采样模块采样滤波后的模拟电压信号的采样间隔时长。在执行步骤S304之后，返回执行步骤S301。

通过上述实施例，电网的电压信号(模拟信号)经过滤波电路滤除电压信号中的高次谐波，然后经过AD芯片(即AD采样模块)转换为数字信号(即数字电压信号)，DSP根据接收到的数字信号判断数据干扰点，并经过半周差时长之后，提取数据u_k、u_k-12、u_k-24，三个数据之间的间隔时长为12个AD采样间隔时长，并依据公式计算出电网的频率。DSP根据计算的电网频率实时控制输出PWM脉冲信号，根据PWM脉冲信号控制AD采样速率，以保证AD采样模块在电压信号的一个周波内采样48个点，从而实现频率的闭环测量。在电力系统中，频率是判断系统稳定的重要指标，通过上述方案，对电网电压信号进行了软件滤波和硬件滤波双重滤波，提高了频率测量时的抗干扰能力，且该方案实现了频率的闭环测量，从而保证了频率测量的精确度和稳定度，为判断系统稳定提供了可靠依据。

实施例2

图4是根据本发明实施例的一种频率测量装置的示意图，如图4所示，该装置包括：采集模块10、第一滤波模块30、处理模块50、第二滤波模块70、确定模块90。

采集模块10，用于采集电网的电压信号；

第一滤波模块30，用于利用滤波电路对电压信号进行滤波，得到滤波后的模拟电压信号；

处理模块50，用于按照采样间隔时长采样模拟电压信号，得到数字电压信号；

第二滤波模块70，用于对数字电压信号进行滤波处理，得到多个滤波数字电压信号；

确定模块90，用于基于多个滤波数字电压信号，得到电网的当前频率。

采用本发明上述实施例，利用滤波电路将电网的电压信号进行硬件滤波，得到滤波后的模拟电压信号，按照采样间隔时长，通过AD采样模块采样滤波后的模拟电压信号，并将模拟电压信号进行模数转换，得到数字电压信号，通过DSP对数字电压信号进行软件滤波处理，得到多个滤波数字电压信号，并基于多个滤波数字电压信号得到电网的当前频率。通过上述实施例，利用滤波电路对电网的电压信号进行硬件滤波，在得到与电网的电压信号对应的数字电压信号之后，对数字电压信号进行软件滤波，经过硬件滤波和软件滤波的双重滤波作用，可以更好的过滤掉由外界干扰对电网电压信号带来的干扰信号，从而提高了抗干扰能力，解决了现有技术中的频率测量方式抗干扰能力差的问题，使测量的电网频率在电磁环境较为复杂的环境或线路故障(单相故障、PT断线)情况下精度更高。

上述的DSP为Digital Signal Processing的缩写，即数字信号处理器。上述的PT为Potential Transformer的缩写，即电压互感器。

具体地，利用滤波电路对电网的电压信号(电压信号为模拟信号)进行低通滤波，除去电压信号中的高次谐波信号，得到滤波后的模拟电压信号，按照采样间隔时长，通过AD采样模块采样滤波后的模拟电压信号，并将滤波后的模拟电压信号进行模数转换，得到数字电压信号，并发送给DSP，DSP对数字电压信号进行软件滤波处理，得到多个滤波数字电压信号，并基于多个滤波数字电压信号得到电网的当前频率。

在上述实施例中，由于经过硬件滤波和软件滤波的双重滤波作用，可以更好的过滤掉由外界干扰对电网电压信号带来的干扰信号，提高了抗干扰能力，因此，可以将上述频率测量的方案较好的应用在电厂、钢厂等电磁环境较为恶劣的环境，且上述频率计算均由软件实现，节约了硬件测频电路成本。此外，通过上述实施例的方案，可以在现场工程应用中达到预定效果。

在本发明的上述实施例中，第二滤波模块包括：判断子模块，用于判断数字电压信号是否为干扰信号；差分滤波处理子模块，用于若判断出数字电压信号不是干扰信号，则通过差分滤波算法对数字电压信号进行差分滤波处理，得到多个滤波数字电压信号；标记子模块，用于若判断出数字电压信号是干扰信号，则将数字电压信号按照预设特征值进行标记处理。

具体地，在经过模数转换，得到数字电压信号之后，DSP对数字电压信号进行软件滤波处理，得到多个滤波数字电压信号，即DSP首先判断数字电压信号是否为干扰信号(即对应该数字电压信号的采样点是否为干扰点)，若该数字电压信号不是干扰信号，即对应该数字电压信号的采样点不是干扰点，则通过差分滤波算法对该采样点的数字电压信号进行差分滤波处理，得到多个滤波数字电压信号，并基于多个滤波数字电压信号得到电网的当前频率；若该数字电压信号是干扰信号，即对应该数字电压信号的采样点是干扰点，则将该采样点的数字电压信号的数值标记为0xFFFF(即上述的预设特征值)。

通过上述实施例，在进行电网频率测量的过程中，增加了软件过滤的方案，可以进一步去除掉电网电压信号中的干扰信号，从而提高对电网频率测量的抗干扰能力。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种频率测量方法，其特征在于，包括：

采集电网的电压信号；

利用滤波电路对所述电压信号进行滤波，得到滤波后的模拟电压信号；

按照采样间隔时长采样所述模拟电压信号，得到数字电压信号；

对所述数字电压信号进行滤波处理，得到多个滤波数字电压信号；

基于所述多个滤波数字电压信号，得到所述电网的当前频率，

其中，基于所述多个滤波数字电压信号，得到所述电网的当前频率包括：

基于所述多个滤波数字电压信号，通过傅里叶变换公式计算得到所述电网的第一线电压的第一有效电压值、所述电网的第二线电压的第二有效电压值以及所述电网的第三线电压的第三有效电压值；

将所述第一有效电压值与预设频率测量门槛值进行比较，得到第一比较结果；

若所述第一比较结果表示所述第一有效电压值大于所述预设频率测量门槛值，则确定基于所述多个滤波数字电压信号中，与所述电网的第一线电压对应的滤波数字电压信号，得到所述电网的当前频率；

若所述第一比较结果表示所述第一有效电压值小于等于所述预设频率测量门槛值，则将所述第二有效电压值与所述预设频率测量门槛值进行比较，得到第二比较结果；

若所述第二比较结果表示所述第二有效电压值大于所述预设频率测量门槛值，则确定基于所述多个滤波数字电压信号中，与所述电网的第二线电压对应的滤波数字电压信号，得到所述电网的当前频率；

若所述第二比较结果表示所述第二有效电压值小于等于所述预设频率测量门槛值，则将所述第三有效电压值与所述预设频率测量门槛值进行比较，得到第三比较结果；

若所述第三比较结果表示所述第三有效电压值大于所述预设频率测量门槛值，则确定基于所述多个滤波数字电压信号中，与所述电网的第三线电压对应的滤波数字电压信号，得到所述电网的当前频率；

若所述第三比较结果表示所述第三有效电压值小于等于所述预设频率测量门槛值，则确定所述电网的当前频率为默认频率。

2.根据权利要求1所述的频率测量方法，其特征在于，对所述数字电压信号进行滤波处理，得到多个滤波数字电压信号包括：

判断所述数字电压信号是否为干扰信号；

若判断出所述数字电压信号不是干扰信号，则通过差分滤波算法对所述数字电压信号进行差分滤波处理，得到所述多个滤波数字电压信号；

若判断出所述数字电压信号是干扰信号，则将所述数字电压信号按照预设特征值进行标记处理。

3.根据权利要求2所述的频率测量方法，其特征在于，判断所述数字电压信号是否为干扰信号包括：

获取第k个采样点的所述数字电压信号以及所述第k个采样点之前连续预定数量的采样点的所述数字电压信号，

对所述第k个采样点的所述数字电压信号和所述第k个采样点之前连续预定数量的采样点的所述数字电压信号进行差值计算，得到多个差值；

比较所述多个差值的大小，得到差值比较结果，

在所述差值比较结果满足预设条件时，则确定所述第k个采样点的所述数字电压信号为干扰信号；

在所述差值比较结果不满足所述预设条件时，确定所述第k个采样点的所述数字电压信号不是干扰信号。

4.根据权利要求3所述的频率测量方法，其特征在于，在所述预定数量为3的情况下，判断所述数字电压信号是否为干扰信号包括：

获取所述第k个采样点的所述数字电压信号以及所述第k个采样点之前连续3个采样点的所述数字电压信号，通过如下公式计算得到第一差值df_02、第二差值df_12、第三差值df_23以及第四差值df_012：

df_02＝u₀-u₂，df_12＝u₁-u₂，df_23＝u₂-u₃，

判断所述第四差值df_012是否大于所述第一差值df_02、且所述第二差值df_12是否大于所述第三差值df_23；

若判断出所述第四差值df_012大于所述第一差值df_02、且所述第二差值df_12大于所述第三差值df_23，则确定出所述第k个采样点的所述数字电压信号为干扰信号；

否则，确定出所述第k个采样点的所述数字电压信号不是干扰信号，

其中，df_01＝u₀-u₁，u₀为所述第k个采样点的所述数字电压信号，u₁为第k-1个采样点的所述数字电压信号，u₂为第k-2个采样点的所述数字电压信号，u₃为第k-3个采样点的所述数字电压信号。

5.根据权利要求2所述的频率测量方法，其特征在于，通过差分滤波算法对所述数字电压信号进行差分滤波处理，得到所述多个滤波数字电压信号包括：

获取第k个采样点的所述数字电压信号和第k-n个采样点的所述数字电压信号；

计算所述第k个采样点的所述数字电压信号和所述第k-n个采样点的所述数字电压信号的差值，将所述差值作为所述第k个采样点的滤波数字电压信号，

其中，k和n为正整数。

6.根据权利要求1所述的频率测量方法，其特征在于，基于所述多个滤波数字电压信号，得到所述电网的当前频率包括：

通过如下公式得到计算频率f：

其中，u_k为第k个采样点的滤波数字电压信号，u_k-n为第k-n个采样点的滤波数字电压信号，u_k-m为第k-m个采样点的滤波数字电压信号，T_s为计算频率时间间隔，T_s＝T_AD[k]-T_AD[k-m]，T_AD[k]为所述第k个采样点的采样时间点，T_AD[k-m]为所述第k-m个采样点的采样时间点，n＝2*m，n、m和k为正整数；

对得到的预设个数的所述计算频率f进行求平均值计算，将得到的平均值作为所述电网的当前频率。

7.根据权利要求1所述的频率测量方法，其特征在于，在基于所述多个滤波数字电压信号，得到所述电网的当前频率之后，所述方法还包括：

从预先设置的PWM周期表中，读取与所述电网的当前频率对应的PWM周期值；

根据与所述PWM周期值对应的PWM脉冲信号，控制通过采样模块采样所述模拟电压信号的采样速率，以更新所述采样间隔时长。

8.一种频率测量装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集电网的电压信号；

第一滤波模块，用于利用滤波电路对所述电压信号进行滤波，得到滤波后的模拟电压信号；

处理模块，用于按照采样间隔时长采样所述模拟电压信号，得到数字电压信号；

第二滤波模块，用于对所述数字电压信号进行滤波处理，得到多个滤波数字电压信号；

确定模块，用于基于所述多个滤波数字电压信号，得到所述电网的当前频率，

其中，所述确定模块还用于基于所述多个滤波数字电压信号，通过傅里叶变换公式计算得到所述电网的第一线电压的第一有效电压值、所述电网的第二线电压的第二有效电压值以及所述电网的第三线电压的第三有效电压值；将所述第一有效电压值与预设频率测量门槛值进行比较，得到第一比较结果；若所述第一比较结果表示所述第一有效电压值大于所述预设频率测量门槛值，则确定基于所述多个滤波数字电压信号中，与所述电网的第一线电压对应的滤波数字电压信号，得到所述电网的当前频率；若所述第一比较结果表示所述第一有效电压值小于等于所述预设频率测量门槛值，则将所述第二有效电压值与所述预设频率测量门槛值进行比较，得到第二比较结果；若所述第二比较结果表示所述第二有效电压值大于所述预设频率测量门槛值，则确定基于所述多个滤波数字电压信号中，与所述电网的第二线电压对应的滤波数字电压信号，得到所述电网的当前频率；若所述第二比较结果表示所述第二有效电压值小于等于所述预设频率测量门槛值，则将所述第三有效电压值与所述预设频率测量门槛值进行比较，得到第三比较结果；若所述第三比较结果表示所述第三有效电压值大于所述预设频率测量门槛值，则确定基于所述多个滤波数字电压信号中，与所述电网的第三线电压对应的滤波数字电压信号，得到所述电网的当前频率；若所述第三比较结果表示所述第三有效电压值小于等于所述预设频率测量门槛值，则确定所述电网的当前频率为默认频率。

9.根据权利要求8所述的频率测量装置，其特征在于，所述第二滤波模块包括：

判断子模块，用于判断所述数字电压信号是否为干扰信号；

差分滤波处理子模块，用于若判断出所述数字电压信号不是干扰信号，则通过差分滤波算法对所述数字电压信号进行差分滤波处理，得到所述多个滤波数字电压信号；

标记子模块，用于若判断出所述数字电压信号是干扰信号，则将所述数字电压信号按照预设特征值进行标记处理。