CN113049898A - 一种电能质量测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电能质量测试方法，包括：根据第一采样频率对风电机组输出电能进行数据采集，以得到采样数据；对所述采样数据进行复制及缓冲，以得到缓冲数据；以及根据所述缓冲数据对所述风电机组输出电能进行在线质量测试，以获取所述风电机组输出电能的在线质量测试结果。本发明可以根据预设的第一采用频率对风电机组输出电能进行数据采集及缓冲，并利用快速傅里叶变换算法对风电机组电能进行在线质量测试，从而获取风电机组输出电能的在线质量测试结果，进而实现对风电机组电能质量的实时监测。
Description
技术领域
本发明涉及风电电能质量测试技术领域，尤其涉及一种在线式风电机组的电能质量测试方法。
背景技术
风电作为一种清洁能源，近年来愈发受到重视，其应用也日益广泛。然而由于风速的不可控，风电机组输出的电能也会存在不稳定的现象，这就导致风电机组输出的电能会对接入电网的电能品质造成影响，可以说风电机组的电能质量影响着整个电力系统的稳定运行。
电能质量测试标准《GB/T 17626.30-2012》中具体规定了A类电压的幅值测量、电压不平衡度、谐波、间谐波和电压偏差等测量项目及其误差标准，因此为保证风电机组输出的电能对接入电网不造成冲击和污染，则需要针对上述测量项目对风电机组电能质量进行实时在线测试，以快速发现并确定电能质量问题，并及时采取改善措施。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电能质量测试方法，以对风电机组电能进行在线质量测试，从而实现对风电机组电能质量的实时监测。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种电能质量测试方法，包括：
根据第一采样频率对风电机组输出电能进行数据采集，以得到采样数据；
对所述采样数据进行复制及缓冲，以得到缓冲数据；以及
根据所述缓冲数据对所述风电机组输出电能进行在线质量测试，以获取所述风电机组输出电能的在线质量测试结果。
优选地，所述根据第一采样频率对风电机组输出电能进行数据采集，以得到采样数据的步骤包括：
根据所述第一采样频率设置定时中断程序的中断时间；
每隔所述中断时间，所述定时中断程序执行一次采样中断，以对所述风电机组输出电能进行一次数据采集；以及
将采集到的每一所述采样数据存储至第一存储器的采样区。
优选地，每一次所述采样中断包括中断触发和中断结束；
所述中断触发时，开始对所述风电机组输出电能进行一次数据采集；采集到一个所述采样数据并存储至所述第一存储器的采样区，结束对所述风电机组输出电能的一次数据采集，且所述中断结束。
优选地，根据所述风电机组输出电能的在线质量检测要求，所述定时中断程序执行预设次所述采样中断，以得到预设个所述采样数据并存储至所述第一存储器的采样区。
优选地，所述对所述采样数据进行复制及缓冲，以得到缓冲数据的步骤包括：
对每一所述采样数据进行复制并缓冲至所述第一存储器的第一缓冲区，以得到与所述第一采样频率对应的第一缓冲数据；
每隔预设数据间隔对应复制所述采样数据并缓冲至所述第一存储器的第二缓冲区，以得到与第二采样频率对应的第二缓冲数据。
优选地，所述第一缓冲数据的数量与所述采样数据的数量相同；
所述预设数据间隔为三个所述采样数据；
所述第二缓冲数据的数量为所述采样数据的数量的四分之一；
所述第二采样频率为所述第一采样频率的四分之一。
优选地，所述根据所述缓冲数据对所述风电机组输出电能进行在线质量测试的步骤包括：
将所述第一缓冲数据和所述第二缓冲数据分别加载至第二存储器；
利用快速傅里叶变换算法对加载至所述第二存储器的所述第一缓冲数据进行高频分析以及对加载至所述第二存储器的所述第二缓冲数据进行低频分析，以获取所述风电机组输出电能的在线质量测试结果。
优选地，所述根据所述缓冲数据对所述风电机组输出电能进行在线质量测试的步骤还包括：
将所述在线质量测试结果传输至第三存储器，以对所述风电机组输出电能的所述在线质量测试结果进行离线应用。
优选地，所述电能质量测试方法，还包括：
将所述采样数据传输至所述第三存储器，以对所述风电机组输出电能进行离线质量测试。
优选地，所述第一存储器和所述第三存储器皆为外部存储器；
所述第二存储器为嵌入式片上存储器。
优选地，所述在线质量测试结果包括所述风电机组输出电能的谐波、简谐波、基波、频率、频率偏差及电压偏差中的一种或任意一组合。
本发明与现有技术相比至少具有以下优点之一：
本发明提供的一种电能质量测试方法，可以根据预设的第一采用频率对风电机组输出电能进行数据采集及缓冲，并利用快速傅里叶变换算法对风电机组电能进行在线质量测试，从而获取风电机组输出电能的在线质量测试结果，进而实现对风电机组电能质量的实时监测。
本发明可以对每一采样数据进行复制并缓冲，从而得到与第一采样频率对应的第一缓冲数据，并利用快速傅里叶变换算法对其进行高频分析，以实现对风电机组输出电能的在线质量测试。
本发明可以每隔预设数据间隔对应复制采样数据并缓冲，从而得到与第二采样频率对应的第二缓冲数据，并利用快速傅里叶变换算法对其进行低频分析，以实现对风电机组输出电能的在线质量测试。
本发明还可以对采样数据和风电机组输出电能的在线质量测试结果进行离线传输及存储，以便于对风电机组输出电能进行离线质量测试及对在线质量测试结果进行离线应用。
本发明对风电机组电能进行在线质量测试时，具有计算量小、内存使用少、适用于嵌入式芯片且计算误差满足要求的特点。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种电能质量测试方法的流程图；
图2是本发明一实施例提供的一种电能质量测试方法的测试流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种电能质量测试方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
结合附图1～2所示，本实施例提供一种电能质量测试方法，包括：步骤S110、根据第一采样频率对风电机组输出电能进行数据采集，以得到采样数据；步骤S120、对所述采样数据进行复制及缓冲，以得到缓冲数据；以及步骤S130、根据所述缓冲数据对所述风电机组输出电能进行在线质量测试，以获取所述风电机组输出电能的在线质量测试结果。
请继续参考图1和图2，所述步骤S110包括：根据所述第一采样频率设置定时中断程序的中断时间；每隔所述中断时间，所述定时中断程序执行一次采样中断，以对所述风电机组输出电能进行一次数据采集；以及将采集到的每一所述采样数据存储至第一存储器的采样区。
可以理解的是，在一些其他的实施例中，每一次所述采样中断包括中断触发和中断结束；所述中断触发时，开始对所述风电机组输出电能进行一次数据采集；采集到一个所述采样数据并存储至所述第一存储器的采样区，结束对所述风电机组输出电能的一次数据采集，且所述中断结束。
在一些实施例中，根据所述风电机组输出电能的在线质量检测要求，所述定时中断程序执行预设次所述采样中断，以得到预设个所述采样数据并存储至所述第一存储器的采样区。
具体的，在本实施例中，根据所述第一采样频率可以对所述风电机组输出电能进行定时中断采样；所述第一采样频率可以为20.48KHz，所述中断时间则可以为所述第一采样频率的倒数，即1/204800秒。初始化程序后，每隔所述中断时间即每隔1/20480秒所述定时中断程序则可以执行一次所述采样中断，以对所述风电机组输出电能进行一次数据采集并可以将采集到的所述采样数据存储至第一存储器的采样区。更具体的，每一所述采样数据可以包括6个信号，且6个所述信号分别为所述风电机组输出电能的三相电流信号和三相电压信号。优选地，每一所述采样数据中的每一所述信号可以存储于一个地址空间中，则用于存储所述采样数据的所述第一存储器的所述采样区可以包括6个地址空间，但本发明不以此为限。
具体的，根据采样定理并且为满足所述风电机组输出电能的在线质量检测要求，所述定时中断程序可以执行4096次所述采样中断，从而能够得到4096个所述采样数据。由于4096个所述采样数据皆存储至所述第一存储器的所述采样区，则所述采样区的每一地址空间可以为4096个字即8KB，所述采样区的大小则可以为6×4096个字即48KB，但本发明不以此为限。
在本实施例中，所述定时中断程序每执行一次所述采样中断，所述定时中断程序的中断次数变量(inter_cnt)可以加1；所述定时中断程序执行4096次所述采样中断即得到4096个所述采样数据后，则可以对所述风电机组输出电能进行后续的在线质量检测，且此时所述中断次数变量(inter_cnt)复位0，即所述中断次数变量(inter_cnt)达到最大值4096后复位0，以使所述定时中断程序可以循环运行。此外，每一次所述采样中断的所述中断触发时，所述主线程停止动作(包括复制、缓冲、加载及在线质量测试等)，且所述中断结束时所述主线程则恢复所述中断触发时停止的动作。
请继续参考图1和图2，所述步骤S120包括：对每一所述采样数据进行复制并缓冲至所述第一存储器的第一缓冲区，以得到与所述第一采样频率对应的第一缓冲数据；每隔预设数据间隔对应复制所述采样数据并缓冲至所述第一存储器的第二缓冲区，以得到与第二采样频率对应的第二缓冲数据。
可以理解的是，在一些其他的实施例中，所述第一缓冲数据的数量与所述采样数据的数量相同；所述预设数据间隔为三个所述采样数据；所述第二缓冲数据的数量为所述采样数据的数量的四分之一；所述第二采样频率为所述第一采样频率的四分之一。
具体的，在本实施例中，在所述定时中断程序将采集到的每一所述采样数据存储至所述第一存储器的所述采样区后，主线程可以将所述采样区的每一所述采样数据复制并缓冲至所述第一存储器的所述第一缓冲区，得到的所述第一缓冲数据则与所述第一采样频率相对应，可以用于所述风电机组输出电能的高频分析。由于所述第一缓冲数据的数量不大于所述中断次数变量(inter_cnt)的最大值，则所述第一缓冲区同样可以包括6个地址空间，且所述第一缓冲区的每一地址空间同样可以为4096个字即8KB，所述第一缓冲区的大小则同样可以为6×4096个字即48KB，但本发明不以此为限。
具体的，在本实施例中，主线程还可以每隔三个所述采样数据对应复制所述采样数据并缓冲至所述第二缓冲区，即对第1个所述采样数据进行复制及缓冲得到第1个所述第二缓冲数据、对第5个所述采样数据进行复制及缓冲得到第2个所述第二缓冲数据、对第9个所述采样数据进行复制及缓冲得到第3个所述第二缓冲数据、···、对第4096个所述采样数据进行复制及缓冲得到第1024个所述第二缓冲数据，得到的所述第二缓冲数据的数量则为所述采样数据的数量的四分之一，实现了对所述第一采样频率的四分之一分频，此时所述第二缓冲数据则与所述第一采样频率的分频后的所述第二采样频率相对应且所述第二采样频率为5.12KHZ，所述第二缓冲数据则可以用于所述风电机组输出电能的低频分析。由于所述第二缓冲数据的数量不大于所述中断次数变量(inter_cnt)的最大值的四分之一，所述第二缓冲区同样可以包括6个地址空间，且所述第二缓冲区的每一地址空间可以为1024个字即2KB，所述第二缓冲区的大小则可以为6×1024个字即12KB，但本发明不以此为限。
请继续参考图1和图2，所述步骤S130包括：将所述第一缓冲数据和所述第二缓冲数据分别加载至第二存储器；利用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)算法对加载至所述第二存储器的所述第一缓冲数据进行高频分析以及对加载至所述第二存储器的所述第二缓冲数据进行低频分析，以获取所述风电机组输出电能的在线质量测试结果。
可以理解的是，在一些其他的实施例中，所述步骤S130还包括：将所述在线质量测试结果传输至第三存储器，以对所述风电机组输出电能的所述在线质量测试结果进行离线应用。
在一些实施例中，所述在线质量测试结果包括所述风电机组输出电能的谐波、简谐波、基波、频率、频率偏差及电压偏差中的一种或任意一组合。
具体的，在本实施例中，在所述定时中断程序执行4096次所述采样中断即得到4096个所述采样数据后，此时已缓冲得到4096个所述第一缓冲数据和1024个所述第二缓冲数据，则主线程可以对所述风电机组输出电能进行在线质量检测。更具体的，可以在所有所述第一缓冲数据中选取连续2048个所述第一缓冲数据(例如前2048个所述第一缓冲数据、后2048个所述第一缓冲数据等)加载至所述第二存储器并利用快速傅里叶变换算法进行高频分析，这样既可以达到高频分析的精度要求，又可以有效节约分析计算时间。所有所述第二缓冲数据则需要全部加载至所述第二存储器并利用快速傅里叶变换算法进行低频分析。完成高频分析及低频分析后，即可得到所述风电机组输出电能的所述在线质量测试结果，包括所述风电机组输出电能的高频信息、谐波、间谐波和基波等。此外所述质量测试结果还可以通过SPI传输至所述第三存储器，以便于对所述在线质量测试结果进行记录及离线应用，但本发明不以此为限。
在本实施例中，只要获取所述第一缓冲数据和所述第二缓冲数据的时间与进行高频分析及低频分析的时间之和不大于4096×(1/20480)秒，便可以保证不丢失任何一个所述采样数据，从而保证所述风电机组输出电能的在线质量测试顺利进行。所述采样数据的存储、所述第一缓冲数据和所述第二缓冲数据的缓冲及加载、所述质量测试结果的传输皆可以采用SPI进行数据通讯，SPI通讯速率可达到数兆，并且接线简单、通讯可靠，完全可以满足大量数据的传输要求。
请继续参考图1和图2，所述第一存储器和所述第三存储器皆为外部存储器；所述第二存储器为嵌入式片上存储器。
具体的，在本实施例中，所述第一存储器的大小至少为所述采样区、所述第一缓冲区及所述第二缓冲区三者之和，即所述第一存储器的大小至少为108KB。所述第三存储器则可以为SD卡或者U盘。由于在利用快速傅里叶变换算法对所述第一缓冲数据和所述第二缓冲数据对应进行高频分析及低频分析时，使用外部存储器计算太慢，容易造成错误，则其使用的所述第二存储器可以为嵌入式片上存储器，且根据高频分析及低频分析分析的计算需求，所述第二存储器的大小至少为2048个字即4KB。优选地，所述第二存储器所在的芯片可以选用TMS320F28335型号的芯片。
请继续参考图1和图2，所述电能质量测试方法还包括：将所述采样数据传输至所述第三存储器，以对所述风电机组输出电能进行离线质量测试。
具体的，在本实施例中，还可以将所述采样数据通过SPI传输至第三存储器，以对所述采样数据进行记录及保存，从而便于后续基于所述采样数据对所述风电机组输出电能进行离线质量测试，但本发明不以此为限。
综上所述，本实施例提供的一种电能质量测试方法，可以根据第一采样频率对风电机组输出电能进行数据采集，以得到采样数据；通过对每一采样数据进行复制并缓冲，可以得到与第一采样频率对应的第一缓冲数据；以及每隔预设数据间隔对应复制采样数据并缓冲，可以得到与第二采样频率对应的第二缓冲数据；最后利用快速傅里叶变换算法对第一缓冲数据进行高频分析以及对第二缓冲数据进行低频分析，可以实现对风电机组输出电能的在线质量测试，从而获取风电机组输出电能的在线质量测试结果，进而实现对风电机组输出电能的实时监测。此外，本实施例提供的一种电能质量测试方法还具有计算量小、内存使用少、适用于嵌入式芯片且计算误差满足要求的特点。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (11)
1.一种电能质量测试方法，其特征在于，包括：
根据第一采样频率对风电机组输出电能进行数据采集，以得到采样数据；
对所述采样数据进行复制及缓冲，以得到缓冲数据；以及
根据所述缓冲数据对所述风电机组输出电能进行在线质量测试，以获取所述风电机组输出电能的在线质量测试结果。
2.如权利要求1所述的电能质量测试方法，其特征在于，所述根据第一采样频率对风电机组输出电能进行数据采集，以得到采样数据的步骤包括：
根据所述第一采样频率设置定时中断程序的中断时间；
每隔所述中断时间，所述定时中断程序执行一次采样中断，以对所述风电机组输出电能进行一次数据采集；以及
将采集到的每一所述采样数据存储至第一存储器的采样区。
3.如权利要求2所述的电能质量测试方法，其特征在于，每一次所述采样中断包括中断触发和中断结束；
所述中断触发时，开始对所述风电机组输出电能进行一次数据采集；采集到一个所述采样数据并存储至所述第一存储器的采样区，结束对所述风电机组输出电能的一次数据采集，且所述中断结束。
4.如权利要求2所述的电能质量测试方法，其特征在于，
根据所述风电机组输出电能的在线质量检测要求，所述定时中断程序执行预设次所述采样中断，以得到预设个所述采样数据并存储至所述第一存储器的采样区。
5.如权利要求4所述的电能质量测试方法，其特征在于，所述对所述采样数据进行复制及缓冲，以得到缓冲数据的步骤包括：
对每一所述采样数据进行复制并缓冲至所述第一存储器的第一缓冲区，以得到与所述第一采样频率对应的第一缓冲数据；
每隔预设数据间隔对应复制所述采样数据并缓冲至所述第一存储器的第二缓冲区，以得到与第二采样频率对应的第二缓冲数据。
6.如权利要求5所述的电能质量测试方法，其特征在于，
所述第一缓冲数据的数量与所述采样数据的数量相同；
所述预设数据间隔为三个所述采样数据；
所述第二缓冲数据的数量为所述采样数据的数量的四分之一；
所述第二采样频率为所述第一采样频率的四分之一。
7.如权利要求5所述的电能质量测试方法，其特征在于，所述根据所述缓冲数据对所述风电机组输出电能进行在线质量测试的步骤包括：
将所述第一缓冲数据和所述第二缓冲数据分别加载至第二存储器；
利用快速傅里叶变换算法对加载至所述第二存储器的所述第一缓冲数据进行高频分析以及对加载至所述第二存储器的所述第二缓冲数据进行低频分析，以获取所述风电机组输出电能的在线质量测试结果。
8.如权利要求7所述的电能质量测试方法，其特征在于，所述根据所述缓冲数据对所述风电机组输出电能进行在线质量测试的步骤还包括：
将所述在线质量测试结果传输至第三存储器，以对所述风电机组输出电能的所述在线质量测试结果进行离线应用。
9.如权利要求8所述的电能质量测试方法，其特征在于，还包括：
将所述采样数据传输至所述第三存储器，以对所述风电机组输出电能进行离线质量测试。
10.如权利要求8所述的电能质量测试方法，其特征在于，
所述第一存储器和所述第三存储器皆为外部存储器；
所述第二存储器为嵌入式片上存储器。
11.如权利要求7所述的电能质量测试方法，其特征在于，
所述在线质量测试结果包括所述风电机组输出电能的谐波、简谐波、基波、频率、频率偏差及电压偏差中的一种或任意一组合。
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- 2021-03-12 CN CN202110268930.5A patent/CN113049898A/zh active Pending
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