CN112557750B - 一种计量装置互感器二次回路信号频率测量方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计量装置互感器二次回路信号频率测量方法及系统，包括针对采样的计量装置互感器二次回路信号中长度为N的连续采样点的采样信号x(n)采用II型线性相位无限冲击响应滤波器进行滤波得到滤波后的采样信号s(n)；采用中心频率与带宽均为50Hz的带通滤波器分别对滤波后的采样信号s(n)、x(n)进行滤波校正得到第一校正信号As(n)、第二校正信号Ay(n)并计算增益值G(ω)；基于增益值G(ω)计算出电网的基波频率f。本发明克服了传统频率测量方法的问题，采用II型线性相位无限冲击响应滤波器的测量方式计算简单，能够快速估计出精确电网频率，为电能准确计量提供了一条有效的途径。
Description
技术领域
本发明属于电网频率测量技术领域，具体涉及一种计量装置互感器二次回路信号频率测量方法及系统。
背景技术
频率准确测量是电能计量的基础。电能计量装置中的互感器和二次回路是引起计量误差变化的重要因素，对频率测量的实时性提出了新要求，以确保系统的安全稳定运行和电能准确计量。但是，基于整周期采样或傅里叶变换方法的频率测量，往往存在问题。比如，在样本数较少时的测量误差较大，而增加样本数又会导致实时性变差，难以满足电能准确计量的需求。因此，如何提高电网频率的准确度，已成为一项亟待解决的关键技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种计量装置互感器二次回路信号频率测量方法及系统，本发明克服了传统频率测量方法的问题，采用II型线性相位无限冲击响应滤波器的测量方式计算简单，能够快速估计出精确电网频率，为电能准确计量提供了一条有效的途径，克服了传统频率测量方法运算量大和实时性差的缺点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种计量装置互感器二次回路信号频率测量方法，包括：
1)针对采样得到的计量装置互感器二次回路信号中长度为N的连续采样点的采样信号x(n)，采用II型线性相位无限冲击响应滤波器hip(n)进行滤波得到滤波后的采样信号s(n)；
2)采用中心频率与带宽均为50Hz的带通滤波器分别对滤波后的采样信号s(n)进行滤波校正得到第一校正信号As(n)、对采样信号x(n)进行滤波校正得到第二校正信号Ay(n)；
3)根据第二校正信号Ay(n)、第一校正信号As(n)计算所述II型线性相位无限冲击响应滤波器的增益值G(ω)；
4)基于增益值G(ω)计算出电网的基波频率f。
可选地，步骤1)中长度N为2的整数次幂。
可选地，步骤1)中的II型线性相位无限冲击响应滤波器hip(n)为采用4阶三角卷积窗函数设计II型线性相位无限冲击响应滤波器。
可选地，所述II型线性相位无限冲击响应滤波器hip(n)的函数表达式为：
hip(n)＝w0.25(n)*w0.25(n)*w0.25(n)*w0.25(n)
上式中，w0.25(n)表示长度为N/4的三角窗函数，*表示卷积运算。
可选地，所述II型线性相位无限冲击响应滤波器hip(n)的频率响应的函数表达式为：
Hip(ejω)＝＝(Wt(ejω))4
上式中，Hip(ejω)表示II型线性相位无限冲击响应滤波器hip(n)的频率响应，Wt(ej ω)表示长度为N/4的三角窗函数的频谱。
可选地，步骤2)中采用中心频率与带宽均为50Hz的带通滤波器对滤波后的采样信号s(n)进行滤波校正得到第一校正信号As(n)的函数表达式为：
As(n)＝RA{s(n)}
其中，RA表示中心频率与带宽均为50Hz的带通滤波器的滤波操作；
采用中心频率与带宽均为50Hz的带通滤波器对采样信号x(n)进行滤波校正得到第二校正信号Ay(n)的函数表达式为：
Ay(n)＝RA{x(n)}
其中，RA表示中心频率与带宽均为50Hz的带通滤波器的滤波操作。
可选地，步骤3)中计算所述II型线性相位无限冲击响应滤波器的增益值G(ω)的函数表达式为：
G(ω)＝Ay(n)/As(n)
上式中，Ay(n)为第二校正信号，As(n)为第一校正信号。
可选地，步骤4)包括：将增益值G(ω)作为所述II型线性相位无限冲击响应滤波器的幅频响应，首先根据增益值G(ω)的反函数
计算得到角频率ω(n)；然后根据f＝ωfs/(4π)计算出电网的基波频率f，其中ω为角频率ω(n)的平均值，fs为采样频率。
此外，本发明还提供一种计量装置互感器二次回路信号频率测量系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行所述计量装置互感器二次回路信号频率测量方法的步骤，或者所述存储器中存储有被编程或配置以执行所述计量装置互感器二次回路信号频率测量方法的计算机程序。
此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行所述计量装置互感器二次回路信号频率测量方法的计算机程序。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：本发明包括针对采样的计量装置互感器二次回路信号中长度为N的连续采样点的采样信号x(n)采用II型线性相位无限冲击响应滤波器进行滤波得到滤波后的采样信号s(n)；采用中心频率与带宽均为50Hz的带通滤波器分别对滤波后的采样信号s(n)、x(n)进行滤波校正得到第一校正信号As(n)、第二校正信号Ay(n)并计算增益值G(ω)；基于增益值G(ω)计算出电网的基波频率f，通过上述方法，本发明克服了传统频率测量方法的问题，采用II型线性相位无限冲击响应滤波器的测量方式计算简单，能够快速估计出精确电网频率，为电能准确计量提供了一条有效的途径，克服了传统频率测量方法运算量大和实时性差的缺点。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例计量装置互感器二次回路信号频率测量方法包括：
1)针对采样得到的计量装置互感器二次回路信号中长度为N的连续采样点的采样信号x(n)，采用II型线性相位无限冲击响应滤波器hip(n)进行滤波得到滤波后的采样信号s(n)；
2)采用中心频率与带宽均为50Hz的带通滤波器分别对滤波后的采样信号s(n)进行滤波校正得到第一校正信号As(n)、对采样信号x(n)进行滤波校正得到第二校正信号Ay(n)；
3)根据第二校正信号Ay(n)、第一校正信号As(n)计算所述II型线性相位无限冲击响应滤波器的增益值G(ω)；
4)基于增益值G(ω)计算出电网的基波频率f。
本实施例中，计量装置互感器二次回路信号采用中泰联创EM-9106B采集卡进行计量装置互感器二次回路信号采集，其采样频率fs设置为1600Hz，数据转换位数为16位；数据分析采用戴尔成就3681商用办公高性能台式机，采用C++语言编写计算程序完成频率测量。步骤1)中长度N为2的整数次幂，本实施例中长度N为N＝1024。
本实施例中，步骤1)中的II型线性相位无限冲击响应滤波器hip(n)为采用4阶三角卷积窗函数设计II型线性相位无限冲击响应滤波器。
本实施例中，所述II型线性相位无限冲击响应滤波器hip(n)的函数表达式为：
hip(n)＝w0.25(n)*w0.25(n)*w0.25(n)*w0.25(n)
上式中，w0.25(n)表示长度为N/4的三角窗函数，*表示卷积运算。本实施例中长度N为N＝1024，因此三角窗函数长度均为256。
本实施例中，所述II型线性相位无限冲击响应滤波器hip(n)的频率响应的函数表达式为：
Hip(ejω)＝＝(Wt(ejω))4
上式中，Hip(ejω)表示II型线性相位无限冲击响应滤波器hip(n)的频率响应，Wt(ej ω)表示长度为N/4的三角窗函数的频谱。
本实施例中，步骤2)中采用中心频率与带宽均为50Hz的带通滤波器对滤波后的采样信号s(n)进行滤波校正得到第一校正信号As(n)的函数表达式为：
As(n)＝RA{s(n)}
其中，RA表示中心频率与带宽均为50Hz的带通滤波器的滤波操作；
采用中心频率与带宽均为50Hz的带通滤波器对采样信号x(n)进行滤波校正得到第二校正信号Ay(n)的函数表达式为：
Ay(n)＝RA{x(n)}
其中，RA表示中心频率与带宽均为50Hz的带通滤波器的滤波操作。
本实施例中，中心频率与带宽均为50Hz的带通滤波器长度为1024。
本实施例中，步骤3)中计算所述II型线性相位无限冲击响应滤波器的增益值G(ω)的函数表达式为：
G(ω)＝Ay(n)/As(n)
上式中，Ay(n)为第二校正信号，As(n)为第一校正信号。
本实施例中，步骤4)包括：将增益值G(ω)作为所述II型线性相位无限冲击响应滤波器的幅频响应，首先根据增益值G(ω)的反函数
计算得到角频率ω(n)；然后根据f＝ωfs/(4π)计算出电网的基波频率f，其中ω为角频率ω(n)的平均值，fs为采样频率。例如本实施例中，根据增益值G(ω)的反函数计算得到角频率ω(n)构成的序列为：
[0.6442,0.6439,0.6250,0.5827,0.4321,0.3728,0.3668,0.6425,0.6776,0.6816,0.3662,0.3665,0.3656,0.3720,……,0.3660,0.6250,0.6442,0.5848,0.6439,0.5827,0.4271]
计算得到角频率ω(n)的平均值为0.3893。因此，则有：
综上所述，本实施例计量装置互感器二次回路信号频率测量方法包括针对采样的计量装置互感器二次回路信号中长度为N的连续采样点的采样信号x(n)采用II型线性相位无限冲击响应滤波器进行滤波得到滤波后的采样信号s(n)；采用中心频率与带宽均为50Hz的带通滤波器分别对滤波后的采样信号s(n)、x(n)进行滤波校正得到第一校正信号As(n)、第二校正信号Ay(n)并计算增益值G(ω)；基于增益值G(ω)计算出电网的基波频率f。本发明克服了传统频率测量方法的问题，采用II型线性相位无限冲击响应滤波器的测量方式计算简单，能够快速估计出精确电网频率，为电能准确计量提供了一条有效的途径。
此外，本实施例还提供一种计量装置互感器二次回路信号频率测量系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行前述计量装置互感器二次回路信号频率测量方法的步骤，或者所述存储器中存储有被编程或配置以执行前述计量装置互感器二次回路信号频率测量方法的计算机程序。
此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行前述计量装置互感器二次回路信号频率测量方法的计算机程序。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种计量装置互感器二次回路信号频率测量方法，其特征在于，包括：
1)针对采样得到的计量装置互感器二次回路信号中长度为N的连续采样点的采样信号x(n)，采用II型线性相位无限冲击响应滤波器hip(n)进行滤波得到滤波后的采样信号s(n)；所述II型线性相位无限冲击响应滤波器hip(n)的函数表达式为：
hip(n)＝w0.25(n)*w0.25(n)*w0.25(n)*w0.25(n)
上式中，w0.25(n)表示长度为N/4的三角窗函数，*表示卷积运算；
2)采用中心频率与带宽均为50Hz的带通滤波器分别对滤波后的采样信号s(n)进行滤波校正得到第一校正信号As(n)、对采样信号x(n)进行滤波校正得到第二校正信号Ay(n)；
3)根据第二校正信号Ay(n)、第一校正信号As(n)计算所述II型线性相位无限冲击响应滤波器的增益值G(ω)；
4)基于增益值G(ω)计算出电网的基波频率f，包括：将增益值G(ω)作为所述II型线性相位无限冲击响应滤波器的幅频响应，首先根据增益值G(ω)的反函数
计算得到角频率ω(n)；然后根据f＝ωfs/(4π)计算出电网的基波频率f，其中ω为角频率ω(n)的平均值，fs为采样频率。
2.根据权利要求1所述的计量装置互感器二次回路信号频率测量方法，其特征在于，步骤1)中长度N为2的整数次幂。
3.根据权利要求1所述的计量装置互感器二次回路信号频率测量方法，其特征在于，步骤1)中的II型线性相位无限冲击响应滤波器hip(n)为采用4阶三角卷积窗函数设计II型线性相位无限冲击响应滤波器。
4.根据权利要求3所述的计量装置互感器二次回路信号频率测量方法，其特征在于，所述II型线性相位无限冲击响应滤波器hip(n)的频率响应的函数表达式为：
Hip(ejω)＝(Wt(ejω))4
上式中，Hip(ejω)表示II型线性相位无限冲击响应滤波器hip(n)的频率响应，Wt(ejω)表示长度为N/4的三角窗函数的频谱。
5.根据权利要求1所述的计量装置互感器二次回路信号频率测量方法，其特征在于，步骤2)中采用中心频率与带宽均为50Hz的带通滤波器对滤波后的采样信号s(n)进行滤波校正得到第一校正信号As(n)的函数表达式为：
As(n)＝RA{s(n)}
其中，RA表示中心频率与带宽均为50Hz的带通滤波器的滤波操作；
采用中心频率与带宽均为50Hz的带通滤波器对采样信号x(n)进行滤波校正得到第二校正信号Ay(n)的函数表达式为：
Ay(n)＝RA{x(n)}
其中，RA表示中心频率与带宽均为50Hz的带通滤波器的滤波操作。
6.根据权利要求1所述的计量装置互感器二次回路信号频率测量方法，其特征在于，步骤3)中计算所述II型线性相位无限冲击响应滤波器的增益值G(ω)的函数表达式为：
G(ω)＝Ay(n)/As(n)
上式中，Ay(n)为第二校正信号，As(n)为第一校正信号。
7.一种计量装置互感器二次回路信号频率测量系统，包括相互连接的微处理器和存储器，其特征在于，所述微处理器被编程或配置以执行权利要求1～6中任意一项所述计量装置互感器二次回路信号频率测量方法的步骤，或者所述存储器中存储有被编程或配置以执行权利要求1～6中任意一项所述计量装置互感器二次回路信号频率测量方法的计算机程序。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行权利要求1～6中任意一项所述计量装置互感器二次回路信号频率测量方法的计算机程序。
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