CN111537796A - 一种基于定频非同步采样的超高次谐波测量方法 - Google Patents

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陶顺
要海江
王莹鑫
徐永海
郭傲
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Abstract

一种基于定频非同步采样的超高次谐波测量方法，测量仪器采样频率为409.6kHz，对测得电压电流信号进行滤波、分频处理，滤掉频率低于1.5kHz以及高于64kHz的谐波分量；以200ms为一个基本测量窗，提取其中0‑20ms、80‑100ms、160‑180ms数据，分别进行离散傅里叶分析并求均值作为输出频谱分析结果；以2kHz带宽对上述结果进行聚合，输出聚合频谱信号；对聚合频谱信号每3s无间隙进行时间窗聚合，求其均方根值，并输出时频域处理结果。本发明对于提高超高次谐波实时监测精度，掌握电力系统超高次谐波发射情况，研究超高次谐波的影响及防治具有重要意义。

Description

一种基于定频非同步采样的超高次谐波测量方法
技术领域
本发明属电能质量分析技术领域，特别是涉及一种基于定频非同步采样的超高次谐波测量方法。
背景技术
随着配电网电力电子化和高比例可再生能源的接入，各种电力电子设备得到了广泛使用。与此同时，电力电子器件的开关频率也在不断提高，导致电网中超高次谐波含量显著增加，引发了电能质量新问题。
相比传统谐波，超高次谐波具有明显的宽频域特性，且频谱分布随时间动态变化，因此，超高次谐波的实时监测对测试设备的采样频率和数据处理能力提出了较高要求。现有满足要求的设备造价昂贵，不适合大范围应用，为实时分析带来了阻碍。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种基于定频非同步采样的超高次谐波测量方法，兼顾了数据处理时间和测量精度，可用于电能质量监测系统的超高次谐波在线评估。
一种基于定频非同步采样的超高次谐波测量方法，测量仪器采样频率为409.6kHz，对测得电压电流信号进行滤波、分频处理，滤掉频率低于1.5kHz以及高于64kHz的谐波分量，获得超高次谐波信号；对所述超高次谐波信号进行3周波采样，基于一个基本测量窗，提取三个测量窗数据，分别进行离散傅里叶分析并求均值作为输出频谱分析结果；以2kHz带宽对所述频谱分析结果进行频道聚合，输出聚合频谱信号；对所述聚合频谱信号每3s无间隙进行时间窗聚合，求其均方根值，并输出时频域处理结果。
进一步，在对超高次谐波信号进行3周波采样时，每10周波提取其中第1、5、9周波信号，以200ms为一个基本测量窗，提取其中0-20ms、80-100ms、160-180ms数据。
进一步，频谱信号以2kHz为带宽，从低频段向高频段进行聚合，第一个聚合频率为2kHz，聚合后幅值计算公式如下：
Figure BDA0002487379240000021
其中b为聚合幅值对应频率，k为带宽，r为频谱分析分辨率，Cf为频率为f对应的频谱分析结果。
进一步，基于c个时间窗计算3s值的公式如下：
Figure BDA0002487379240000022
本发明的有益技术效果：本发明方法的主要优点在于同时考虑了数据精度和数据处理时间要求，对于提高超高次谐波实时监测精度，掌握电力系统超高次谐波发射情况，研究超高次谐波的影响及防治具有重要意义。
附图表说明
图1是本发明的一种基于定频非同步采样的超高次谐波测量方法流程图；
图2是本发明的方法中3周波采样位置示意图；
图3是本发明的方法中采样计算流程图；
图4是本发明的方法中频带聚合流程图；
图5是本发明实施例中200ms电流信号波形图；
图6是本发明实施例中滤波后时域波形图；
图7是本发明实施例中的频谱分析图；
图8是本发明实施例中的频带聚合图；
图9是本发明实施例中的时频图。
具体实施方案
下面通过具体的实施例和附图对本发明进行说明。然而，此实施例的过程细节仅仅是出于描述该实施例的目的。应该理解，本发明不局限于公开的具体实施例，而是覆盖落入本公开范围内的所有修改、等同物和替换物。在对全部附图的描述中，相同的附图标记表示相同的元件。
本发明提出一种基于定频非同步采样的超高次谐波测量方法，具体流程如图1所示。所选用的测量仪器的采样频率为409.6kHz。
滤波处理。对测得电压电流信号进行滤波、分频处理处理，滤掉频率低于1.5kHz以及高于64kHz的谐波分量，获得超高次谐波信号。
3周波采样计算及DFT分析。图2示出了3周波采样的位置示意图，图3是采样计算的流程图。对上面获得的超高次谐波信号进行3周波采样，每10周波提取其中第1、5、9周波信号，以200ms为一个基本测量窗，提取其中0-20ms、80-100ms、160-180ms数据，分别进行离散傅里叶分析并求均值作为输出频谱分析结果。
频带聚合。图4为频带聚合的流程图。以2kHz带宽对上述2-50kHz频谱分析结果进行聚合，输出聚合频谱信号。从低频段向高频段聚合，第一个聚合频率为2kHz。聚合后幅值计算公式如下：
Figure BDA0002487379240000031
其中b为聚合后幅值对应频率，k为带宽，r为频谱分析分辨率，Cf为频率f对应的幅值。
时间窗聚合。
基于上述每10周波时间窗内聚合的超高频谱幅值Gb，根据IEC 61000-4-30：2008标准谐波测量相关规定，将时序测量的Gb按3s时间间隔进行无缝隙组合，求方均根值，并输出时频域处理结果。时标与对时方式采用IEC61000-4-30的S类仪器同步方式。基于c个时间窗计算3s值的公式如下
Figure BDA0002487379240000041
3s值记录时标为第c个时间窗的最后一个采样值点的结束时间。
下面以一个具体的实施例来说明本发明的方法。
对电动汽车充电机超高次谐波发射进行连续测量，选取其中90s测量数据进行分析，以200ms为一个测量窗，图5所示。测量仪器采样频率为409.6kHz，对测得电压电流信号进行滤波处理，滤掉频率低于1.5kHz以及高于64kHz的谐波分量，滤波后的时域波形如附图6所示。
对附图6中的滤波后信号进行3周波采样，以200ms为一个基本测量窗，提取其中0-20ms、80-100ms、160-180ms数据，分别进行离散傅里叶分析并求均值作为输出频谱分析结果，频谱分析结果如图7所示。从图7可以看出，超高次谐波具有明显的宽频域特点，发射主要集中在开关频率及其整数倍周围，最大发射出现在频率为14.05kHz处，幅值为0.78A。
对附图7中的频谱信号以2kHz为带宽进行频带聚合，从低频段向高频段聚合，第一个聚合频率为2kHz，聚合结果如附图8所示。图7较为清晰的体现了被测点的频谱分布情况，但是由于波峰周围的旁瓣分布较为分散，无法观测到各波峰的总能量，此时带宽为2kHz的聚合后频谱图体现效果更好，如图8所示。从图8可以看到，超高次谐波波峰出现在开关频率为14kHz处，幅值为1.12A。
对连续测量的聚合信号每3s无间隙测量数据进行一次聚合，求均方根值。3s值15个时间窗的计算公式如下：
Figure BDA0002487379240000051
3s值记录时标为第15个时间窗的最后一个采样值点的结束时间。聚合后的时频图如图9所示，反映了超高次谐波发射随时间的变化规律。
需要说明的是，上述实施例仅为本发明较佳的实施方案，不能将其理解为对本发明保护范围的限制，在未脱离本发明构思的前提下，对本发明所做的任何变化与修饰均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于定频非同步采样的超高次谐波测量方法，其特征在于：
测量仪器采样频率为409.6kHz，对测得电压电流信号进行滤波、分频处理，滤掉频率低于1.5kHz以及高于64kHz的谐波分量，获得超高次谐波信号；
对所述超高次谐波信号进行3周波采样，基于一个基本测量窗，提取三个测量窗数据，分别进行离散傅里叶分析并求均值作为输出频谱分析结果；
以2kHz带宽对所述频谱分析结果进行频道聚合，输出聚合频谱信号；
对所述聚合频谱信号每3s无间隙进行时间窗聚合，求其均方根值，并输出时频域处理结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于定频非同步采样的超高次谐波测量方法，其特征在于，在对所述超高次谐波信号进行3周波采样时，每10周波提取其中第1、5、9周波信号，以200ms为一个基本测量窗，提取其中0-20ms、80-100ms、160-180ms数据。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于定频非同步采样的超高次谐波测量方法，其特征在于，所述频谱信号以2kHz为带宽，从低频段向高频段进行聚合，第一个聚合频率为2kHz，聚合后幅值计算公式如下：
Figure FDA0002487379230000011
其中b为聚合幅值对应频率，k为带宽，r为频谱分析分辨率，Cf为频率为f对应的频谱分析结果。
4.根据权利要求3所述的一种基于定频非同步采样的超高次谐波测量方法，其特征在于，基于c个时间窗计算3s值的公式如下:
Figure FDA0002487379230000021
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