CN107515330B - 一种基于相关分析的过零点检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于检测方法技术领域，更具体地涉及一种基于相关分析的过零点检测方法，具体步骤如下：(a)首先，对电网运行电压信号U(t)进行测量；(b)在步骤(a)之后，对电压信号U(t)随机截取50个周期，并且在运算中生成标准余弦信号cos(wt)，标准余弦信号cos(wt)与采集得到的电压信号U(t)进行相关计算，则可得到计算结果为A(t)；当对50个整周期进行积分时，含有2倍基波项的积分值将为零；(e)进行50个周期的积分，且令U0为已知的，通过相关性分析可以计算截取时刻的初相角θ0；(f)在步骤(e)之后，利用电网运行的工作周期为定值，且一个周期有两个过零点；截取信号的时刻设为t0，计算出过零点t00。本明可使得相控断路器的结构简单，在过零点检测过程中无需经过滤波处理，并且本发明得出的过零点的精度高。

Description

一种基于相关分析的过零点检测方法
技术领域
本发明属于检测方法技术领域，更具体地涉及一种基于相关分析的过零点检测方法。
背景技术
为了减少断路器合闸过程对电容器造成的暂态过电压和过电流，可采用分相投切技术减小电容器的过电压和过电流。分相投切需根据每项过零时刻判断何时投切电容器减小电容器的过电流和过电压。
目前市场上与本算法相近的实现方案为采用一元线性回归的方式判断过定点位置判，即在过零点时刻用高阶泰勒展式采用线性回归的方式判断过零点时刻。
现有技术均需经过滤波装置处理滤除谐波成分，然后再进行过零点的检测判别。但是这种技术精度不高，并且成本较高。
发明内容
本发明旨在克服上述技术的不足，提供一种基于相关分析的过零点检测方法，通过设置本明可使得相控断路器的结构简单，在过零点检测过程中无需经过滤波处理，并且本发明得出的过零点的精度高。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
提供一种基于相关分析的过零点检测方法，具体步骤如下：
(a)首先，对电网运行电压信号U(t)进行测量；
(b)在步骤(a)之后，对电压信号U(t)随机截取50个周期，并且在运算中生成标准余弦信号cos(wt)，标准余弦信号cos(wt)与采集得到的电压信号U(t)进行相关计算，则可得到计算结果为A(t)，步骤如下：
Figure BDA0001381061120000011
(c)在步骤(b)之后，进行简化得到如下：
Figure BDA0001381061120000012
(d)在步骤(c)之后，由于3次谐波与基波的卷积值为0，所以三次谐波与基波是是正交的；同理5次和7次谐波与基波是正交的，积分值也将为零；高斯噪声与基波是正交的，即积分的值也将是零；其中(2)式只有第一项积分值不为零；对第一项积分进行简化运算得：
Figure BDA0001381061120000021
当式(3)中对50个整周期进行积分时，含有2倍基波项的积分值将为零；
(e)在步骤(d)之后，对(3)式中进行50个周期的积分，且令U0为已知的，则计算的值将是关于初相θ0的函数如下：
Figure BDA0001381061120000022
通过相关性分析可以计算截取时刻的初相角θ0；
(f)在步骤(e)之后，利用电网运行的工作周期为定值，且一个周期有两个过零点；截取信号的时刻设为t0，过零点t00计算公式如下：
Figure BDA0001381061120000023
其中，m为自然数。
本明可使得相控断路器的结构简单，在过零点检测过程中无需经过滤波处理，并且本发明得出的过零点的精度高。
优选地，在步骤(a)中，U(t)的计算公式如下：
U(t)＝U0cos(ωt+θ0)+U3cos(3ωt+θ3)+U5cos(5ωt+θ5)+U7cos(7ωt+θ7)+ξ(t) (6)
其中，(6)式中U0为电网最大值，ω＝2πf0，θ0为采集到信号的初相，U5，U7分别为3次，5次，7次谐波的最大值；θ3，θ5，θ7分别为3次，5次，7次谐波的初相；ξ(t)为存在于测试系统中的高斯噪声。
优选地，在步骤(f)中，电网运行的工作周期的定值为0.02。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种基于相关分析的过零点检测方法，本明可使得相控断路器的结构简单，在过零点检测过程中无需经过滤波处理，并且本发明得出的过零点的精度高。
附图说明
图1为基于相关分析的过零点检测方法的的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明专利作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明专利的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明专利实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例
如图1所示为一种基于相关分析的过零点检测方法的实施例，具体步骤如下：
(a)首先，对电网运行电压信号U(t)进行测量；
(b)在步骤(a)之后，对电压信号U(t)随机截取50个周期，并且在运算中生成标准余弦信号cos(wt)，标准余弦信号cos(wt)与采集得到的电压信号U(t)进行相关计算，则可得到计算结果为A(t)，步骤如下：
Figure BDA0001381061120000031
(c)在步骤(b)之后，进行简化得到如下：
Figure BDA0001381061120000032
(d)在步骤(c)之后，由于3次谐波与基波的卷积值为0，所以三次谐波与基波是是正交的；同理5次和7次谐波与基波是正交的，积分值也将为零；高斯噪声与基波是正交的，即积分的值也将是零；其中(2)式只有第一项积分值不为零；对第一项积分进行简化运算得：
Figure BDA0001381061120000033
当式(3)中对50个整周期进行积分时，含有2倍基波项的积分值将为零；
(e)在步骤(d)之后，对(3)式中进行50个周期的积分，且令U0为已知的，则计算的值将是关于初相θ0的函数如下：
Figure BDA0001381061120000034
通过相关性分析可以计算截取时刻的初相角θ0；
(f)在步骤(e)之后，利用电网运行的工作周期为定值，且一个周期有两个过零点；截取信号的时刻设为t0，过零点t00计算公式如下：
Figure BDA0001381061120000041
其中，m为自然数。
其中，在步骤(a)中，U(t)的计算公式如下：
U(t)＝U0cos(ωt+θ0)+U3cos(3ωt+θ3)+U5cos(5ωt+θ5)+U7cos(7ωt+θ7)+ξ(t) (6)
其中，(6)式中U0为电网最大值，ω＝2πf0，θ0为采集到信号的初相，U5，U7分别为3次，5次，7次谐波的最大值；θ3，θ5，θ7分别为3次，5次，7次谐波的初相；ξ(t)为存在于测试系统中的高斯噪声。
另外，在步骤(f)中，电网运行的工作周期的定值为0.02。
显然，本发明专利的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明专利所作的举例，而并非是对本发明专利的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于相关分析的过零点检测方法，其特征在于，具体步骤如下：
(a)首先，对电网运行电压信号U(t)进行测量；
(b)在步骤(a)之后，对电压信号U(t)随机截取50个周期，并且在运算中生成标准余弦信号cos(wt)，标准余弦信号cos(wt)与采集得到的电压信号U(t)进行相关计算，则可得到计算结果为A(t)，步骤如下：
Figure FDA0002249672840000011
(c)在步骤(b)之后，进行简化得到如下：
(d)在步骤(c)之后，由于3次谐波与基波的卷积值为0，所以三次谐波与基波是正交的；同理5次和7次谐波与基波是正交的，积分值也将为零；高斯噪声与基波是正交的，即积分的值也将是零；其中(2)式只有第一项积分值不为零；对第一项积分进行简化运算得：
Figure FDA0002249672840000013
当式(3)中对50个整周期进行积分时，含有2倍基波项的积分值将为零；
(e)在步骤(d)之后，对(3)式中进行50个周期的积分，且令U0为已知的，则计算的值将是关于初相θ0的函数如下：
Figure FDA0002249672840000014
通过相关性分析可以计算截取时刻的初相θ0；
(f)在步骤(e)之后，利用电网运行的工作周期为定值，且一个周期有两个过零点；截取信号的时刻设为t0，过零点t00计算公式如下：
Figure FDA0002249672840000015
其中，m为自然数；(1)、(2)、(3)、(4)、(5)式中U0为电网最大值，ω＝2πf0，θ0为采集到信号的初相，U3 、U5、U7分别为3次，5次，7次谐波的最大值；θ3，θ5，θ7分别为3次，5次，7次谐波的初相。
2.根据权利要求1所述的基于相关分析的过零点检测方法，其特征在于，在步骤(a)中，U(t)的计算公式如下：
U(t)＝U0cos(ωt+θ0)+U3cos(3ωt+θ3)+U5cos(5ωt+θ5)+U7cos(7ωt+θ7)+ξ(t) (6)
其中，(6)式中U0为电网最大值，ω＝2πf0，θ0为采集到信号的初相，U3 、U5、U7分别为3次，5次，7次谐波的最大值；θ3，θ5，θ7分别为3次，5次，7次谐波的初相；ξ(t)为存在于测试系统中的高斯噪声。
3.权利要求2所述的基于相关分析的过零点检测方法，其特征在于，在步骤(f)中，电网运行的工作周期的定值为0.02。
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