CN107817421A - 一种波形频率的快速稳定判断模块和判断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波形频率的快速稳定判断系统和判断方法，步骤如下：1)通过统计采样值，基于首尾时刻差定义合法性分片段频率；2)根据需要过滤的扰动点来确定需要频率管理队列，用于存储合法的分段频率；3)稳定频率计算：通过对队列按照频率的大小进行快速排序，获取一个按照频率大小排序的队列，该队列的中间元素频率为该段波形的稳定频率。本发明基于过零点判断频率方式，通过计算多个连续片段的过零点频率，形成频率判断队列，将队列的中间频率作为波形稳定频率。通过稳定频率的计算，可以避免对CPU资源的大量占用，也可以过滤掉不正常过零点对频率判断的影响。本发明引入了波形的多片段处理方式，减少连续化处理方式中的干扰点影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种计算方法，尤其涉及一种波形频率的快速稳定计算方法。
背景技术
频率启动定值是变电站中录波器标准定值的一部分。当电网发生故障时，伴随着故障线路电压、电流的突变，线路的通道频率也有很大的变化。目前，频率启动定值主要包括频率上限启动(一般设置为50.5Hz)和频率下限启动(一般设置为49.5Hz)。
目前录波器的频率启动判据主要由以下两种方式：
1)通过统计采样值过零点方式计算频率。
统计一段时间内通道的瞬时值的过零点次数，根据过零点次数获取。
如图1所示：T1时刻和T2时刻分别为波形过零点时刻，T1至T2时刻间的过零点次数为N，则波形的频率为
f＝((N-1)/2.0)*(1000000/(T2-T1))
上述计算公式中T2-T1的单位为us。
一般情况下，统计单位时间内(1S)时间内的过零点次数和所耗用时间计算频率。
2)通过DFT(离散傅立叶变换)获取有效值相角，通过相角差算出波形周期，进而得到波形的频率。
波形在周期性变化的节点前后，其有效值的角度从负值向正角度变换，
如图2所示，T1时刻有效值的角度由负零度→正零度，T2时刻角度由180度→负180度，T3时刻角度由负零度→正零度。所以一个波形周期为两次负零度向正零度的时刻差的倒数。
f＝1000000/(T3-T1)
上述公式中T3-T1的单位为us。
目前的录波器频率启动需要考虑如下的问题：
1)录波器的判据启动的资源消耗问题。
2)在采样偶尔丢点或电磁干扰时，录波装置不应启动。
通过DFT(离散傅立叶变换)获取有效值角度，计算频率的方式可以有效地解决采样偶尔丢点或电磁干扰时出现的波形畸变导致频率误判的情况。
例如通过计算正序电压的有效值角度，可以有效地防止单相通道的某些畸变导致启动录波的情况。但是DFT(离散傅立叶变换)需要消耗大量的CPU资源，例如在采样频率12800的情况下，使用抽点计算的方式计算32点的DFT有效值，一个有效值计算需要对32次正弦函数，32次余弦函数，64次浮点数乘法计算。尤其对于很多录波通道的情况下，DFT计算对CPU的资源长时间占用可能会影响其他处理流程正常工作。
通过统计采样值过零点方式计算频率对于CPU资源消耗明显小于DFT方法。在录波器装置在变电站的实际运行过程中，存在由于采样合并单元偶尔丢点的情况或变电站的电磁环境干扰，导致采样点丢失或波形畸变的情况，其中电磁干扰也是录波装置入网检测必须要模拟的情况。在这种情况下，不应该启动录波。根据图1的计算公式，以1秒内的频率计算为例，正常情况下T2-T1＝1000000us，N＝101，此时频率为正常频率50Hz。在波形出现丢点或畸变的情况下，过零点次数会增加，在增加1个点的情况下，频率就变为50.5Hz，并且该干扰点最大影响2秒内的频率计算。在电磁干扰的情况下，非正常过零点的点数最大可能为4个点左右，这样对频率计算的干扰会更大。
综上所示，现有的两种方式不满足目前变电站的稳定运行需要和电磁检测的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波形频率的快速稳定计算方法，通过研究平衡CPU资源的占用和对非正常过零点的分析，解决现有技术存在的缺憾。
本发明采用如下技术方案实现：
一种波形频率的快速稳定判断系统，其特征在于，系统中包括：分段频率计算判断模块、频率管理队列模块、稳定频率计算模块，其中：
分段频率计算判断模块，用于获取一段频率的段首和/或段尾的零点时刻，判断该时长是否合法，对于合法的分段频率推入频率管理队列模块，否定丢弃该段时长；
频率管理队列模块，用于存储合法的分段频率；
稳定频率计算模块，将频率管理队列模块中的频率按照大小进行快速排序，获取一个按照频率大小排序的队列，该队列的中间元素频率为该段波形的稳定频率。
一种波形频率的快速稳定判断方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)通过统计采样值，基于首尾时刻差定义合法性分片段频率；
2)根据需要过滤的扰动点来确定频率管理队列，所述频率管理队列用于存储合法的分段频率；
3)稳定频率计算：在频率管理队列中，按照频率的大小进行快速排序，获取一个按照频率大小排序的队列，该队列的中间元素频率为该段波形的稳定频率。
进一步的，在步骤1)中将分段片段设置为3次过零点，合法性的频率范围设置为40-60Hz时，分段的首尾时刻差的合法范围为16.7ms-25ms。
进一步的，在步骤2)中，工频50hz的情况下，3次过零点分段，1秒内可能存在M个扰动点的情况下，影响到的分段频率最大为2*M段，则队列长度至少需要2*2*(M+2)，在这种长度的队列下，通过稳定频率计算，将稳定频率元素段集中在中间点。
进一步的，排序后的频率队列的中间点频率f(n/2)为该段波形的稳定频率。
本发明的有益技术效果是：本发明基于过零点判断频率方式，通过计算多个连续片段的过零点频率，形成频率判断队列，将队列的中间频率作为波形稳定频率。通过稳定频率的计算，一方面可以避免对CPU资源的大量占用，另一方面也可以过滤掉不正常过零点对频率判断的影响。本发明与现有技术的主要不同点是基于过零点频率计算方式的基础上，引入了波形的多片段处理方式，减少连续化处理方式中的干扰点影响。
附图说明
图1是T1时刻和T2时刻分别过零点的时刻。
图2表示T1时刻有效值的角度由负零度→正零度，T2时刻角度由180度→负180度，T3时刻角度由负零度→正零度。
图3表示分段频率的T1至T19时刻点。
图4是本发明的整体结构框架示意图。
具体实施方式
通过下面对实施例的描述，将更加有助于公众理解本发明，但不能也不应当将申请人所给出的具体的实施例视为对本发明技术方案的限制，任何对部件或技术特征的定义进行改变和/或对整体结构作形式的而非实质的变换都应视为本发明的技术方案所限定的保护范围。
本发明的技术方案由分段频率计算判断模块、频率管理队列和稳定频率计算模块组成。
(1)分段频率计算模块通过获取合法的分片段频率的首尾过零点的时刻，计算得出分片段的频率，并将该频率推入频率管理队列中。
模块中的分段合法性判断主要是基于首尾时刻差。例如将分段片段设置为3次过零点，合法性的频率范围设置为40-60Hz时，分段的首尾时刻差的合法范围为16.7ms-25ms。
以图3中的波形为例，分段频率的时刻点分别为：
T1-＞T2，T2-＞T3，
T3-＞T5(不合法)，T5-＞T7(不合法)，
T7-＞T9，T9-＞T11，T11-＞T13，
T13-＞T15(不合法)，T15-＞T17(不合法)，
T17-＞T19
不合法的片段不推入到频率管理队列中。
图3中波形的分段频率中，有T7-＞T9，T9-＞T11这两个片段的频率偏离了稳定的频率。
(2)频率管理队列用于存储合法的分段频率。队列的长度根据需要过滤的扰动点来决定。例如工频50hz的情况下，3次过零点分段，1秒内可能存在M个扰动点的情况下，影响到的分段频率最大为2*M段，则队列长度至少需要2*2*(M+2)，在这种长度的队列下，通过稳定频率计算模块，将稳定频率元素段集中在中间点左右。
(3)稳定频率计算模块用于根据频率管理队列获取稳定频率。
通过对队列按照频率的大小进行快速排序，获取一个按照频率大小排序的队列。该队列的中间元素频率为该段波形的稳定频率。以图4中的为例，排序后的频率队列的中间点频率f(n/2)为该段波形的稳定频率。
由于采用了分段频率计算方案，屏蔽了因为采样丢点或电磁干扰引起的畸变波形片段的频率值变化的情形，使录波装置稳定运行。例如智能化变电站中，采样丢点的原因可能是因为合并单元丢点或交换机丢点。在某些情况下，变电站的正常运行允许偶尔丢点情况的产生，在偶尔丢点的情况下，录波装置不应该频繁启动录波。另外，频率的稳定计算也稳定了与频率相关的启动量的正常启动，例如变压器过励磁启动等。录波器产品的稳定性大大提高，减少了维护量，为公司减少了维护方面的开支。
当然，本发明还可以有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种波形频率的快速稳定判断系统，其特征在于，系统中包括：分段频率计算判断模块、频率管理队列模块、稳定频率计算模块，其中：
分段频率计算判断模块，用于获取一段频率的段首和/或段尾的零点时刻，判断该时长是否合法，对于合法的分段频率推入频率管理队列模块，否定丢弃该段时长；
频率管理队列模块，用于存储合法的分段频率；
稳定频率计算模块，将频率管理队列模块中的频率按照大小进行快速排序，获取一个按照频率大小排序的队列，该队列的中间元素频率为该段波形的稳定频率。
2.一种波形频率的快速稳定判断方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)通过统计采样值，基于首尾时刻差定义合法性分片段频率；
2)根据需要过滤的扰动点来确定频率管理队列，所述频率管理队列用于存储合法的分段频率；
3)稳定频率计算：在频率管理队列中，按照频率的大小进行快速排序，获取一个按照频率大小排序的队列，该队列的中间元素频率为该段波形的稳定频率。
3.根据权利要求1所述的波形频率的快速稳定判断方法，其特征在于，在步骤1)中将分段片段设置为3次过零点，合法性的频率范围设置为40-60Hz时，分段的首尾时刻差的合法范围为16.7ms-25ms。
4.根据权利要求1所述的波形频率的快速稳定判断方法，其特征在于，在步骤2)中，工频50hz的情况下，3次过零点分段，1秒内可能存在M个扰动点的情况下，影响到的分段频率最大为2*M段，则队列长度至少需要2*2*(M+2)，在这种长度的队列下，通过稳定频率计算，将稳定频率元素段集中在中间点。
5.根据权利要求1所述的波形频率的快速稳定计算方法，其特征在于，排序后的频率队列的中间点频率f(n/2)为该段波形的稳定频率。
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