專利名稱：基于加權(quán)雙擬合的軟件頻率跟蹤算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電網(wǎng)頻率的軟件測量方法。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)頻率是指示電力系統(tǒng)工作狀態(tài)的重要依據(jù)，也是電力系統(tǒng)運行的主要控制參數(shù)，頻率質(zhì)量直接影響著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和優(yōu)質(zhì)運行，微機保護許多算法都是建立在與采樣頻率有關(guān)的基礎(chǔ)之上，因此需要實時監(jiān)測系統(tǒng)的頻率變化，根據(jù)系統(tǒng)頻率的波動來獲得測量和計算的準(zhǔn)確性。頻率測量的方法主要有硬件測量和軟件測量兩種硬件測量是將交流信號整形變成方波后，測量方波的跳變寬度，但在交流過零時，運放和光電隔離器存在線性區(qū)，容易產(chǎn)生方波的抖動，引起頻率測量誤差，并且需要額外增加硬件測頻電路，占用單片機外部中斷。軟件測量是根據(jù)相似三角形的頻率計算方法，利用交流信號過零時近似直線的特點計算兩個過零點的寬度，這種方法對于A/D采樣精度要求較高，并且采樣值在過零時數(shù)值較小，離散性較大，頻率測量結(jié)果不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種新型的、有效的電力系統(tǒng)軟件頻率跟蹤算法。如圖I所示，通過采樣取值擬合兩個拋物線方程，并進(jìn)行加權(quán)運算，獲得拋物線極值之后，通過與相鄰波峰極值求差從而測得電網(wǎng)頻率。本發(fā)明提供的算法對硬件要求低，且測量結(jié)果穩(wěn)定。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案
基于加權(quán)雙擬合的軟件頻率跟蹤算法，包括以下步驟
(1)提取正弦波最大值采樣數(shù)據(jù)，并在同一波峰內(nèi)提取所述最大值前后各兩點采樣數(shù)據(jù)，共獲得5點采樣數(shù)據(jù)；
(2)將最大值及其前兩點數(shù)據(jù)代入擬合拋物線方程，求出第I條擬合拋物線最大值所在的X坐標(biāo)值；
(3)將最大值及其后兩點數(shù)據(jù)代入擬合拋物線方程，求出第2條擬合拋物線最大值所在的'坐標(biāo)值;
(4)根據(jù)兩條擬合拋物線所求出的X坐標(biāo)值，按照加權(quán)因子計算出采樣值波形最大值所在的坐標(biāo)值；
(5)計算出采樣值波形兩個相鄰最大值的坐標(biāo)值差，獲得采樣波形頻率。作為優(yōu)選方案，所述步驟(2)和步驟(3)中擬合拋物線方程為J = U1X2 + ^+C1。作為優(yōu)選，所述5點采樣數(shù)據(jù)，分另Ij用點 Pi ( , Ji), P2 (χ2 >^2)^3 ( > A (^4 - Λ )> ( 進(jìn)行標(biāo)識，其中為最大值點，Pl(AJ3)為同一波峰內(nèi)最大值點之前的兩個點，即xI < ,
Ps(^ys)為同一波峰內(nèi)最大值點之后的兩個點，即&>巧。
3
作為優(yōu)選，所述步驟(2)為將P1 ( 乃)，P2(χ2,y2)'Jh( . )代入方程
^ = ￥2 +^ + C1,計算出4, 兩個系數(shù)，然后求出第I條擬合拋物線最大值所在的x坐標(biāo)值 xMi = -h ,(2%)。作為優(yōu)選，所述步驟(3)為將A(W3)’A(-W4Xh(W5)代入方程 >' =+V+^2 ,計算出β3, 2兩個系數(shù)，然后求出第2條擬合拋物線最大值所在的,坐標(biāo)值 Xx2 ~ - /(2 )。作為優(yōu)選，所述步驟(4)為根據(jù)公式= ' + * :計算出采樣值波形最大值A(chǔ)max ,其中k，*2為加權(quán)因子，kI = (>\ +72 + ) +72 +. +74 +. )
，*2 = O3 +Λ +. ) +Λ +Λ +Λ +. )。作為優(yōu)選，步驟(5)為根據(jù)公式T=I -U2 I計算出采樣值波形兩個相鄰最大值的坐標(biāo)值差m并根據(jù)Γ計算獲得采樣值波形頻率/。該算法簡單有效，響應(yīng)速度快，可靠性高，對采樣精度的要求較低，不受頻率變化的影響，有較好的適用性。此外無需硬件開支，克服了硬件測量方法的不足，消除了硬件測頻由于器件的因素而引入的誤差，提高頻率測量的精度。


圖I為本發(fā)明公開的算法中被采樣跟蹤的正弦波形及擬合拋物線示意圖。其中X為采樣點的間距，相鄰兩個采樣的間隔為1，y為采樣值數(shù)據(jù)。具體實施方法
以下將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明
實施例一
在本實施例中，被測試的交流信號頻率為52Hz，峰值為11585，軟件頻率跟蹤過程如
下
(I)采用數(shù)字化變電站通用的每周波80點采樣速率，對該交流信號的正弦波形進(jìn)行采樣。取該正弦波最大值及其同一波峰內(nèi)最大值的前后各兩點，共獲得5點采樣值
數(shù)據(jù)，分別用點PlOi.Λ)> Ρ2 ( > j2)> Pl( . A (X4 >)，巧( >- )標(biāo)識，本例中采樣點
數(shù)據(jù)為 ^!￠0,11459),^(1,11560),^(2,11533),^(3,11529),^(4,11399),其中巧(2,11583)
為最大值點’ />!(0,11459X^(1,11560)為同一波峰內(nèi)Ρ3(2，Π583)之前的兩個點， />4(3；11529),Λ(4,11399)為同一波峰內(nèi)Λ(2,11583)之后的兩個點。(2)將最大值及其前兩點數(shù)據(jù)/^(0,11459)4(1,11560),^(2,11583)代入擬合拋物線方程7 = ^1X2 + q ,計算出％ 二 -39為=140 ,然后求出第I條擬合拋物線最大值所在(3)將最大值及其后兩點數(shù)據(jù)巧(2，11583^4(3，11529)士(4,113,代入擬合拋物線方程7 = a2x2 +b2x + c2 ,計算出a2 = -38, =136,然后求出第2條擬合拋物線最大值所在的 X 坐標(biāo)值 = - ^(益2) = 1-78947 ；
(4)根據(jù)兩條擬合拋物線求出的最大值所在坐標(biāo)值，按照加權(quán)因子計算出優(yōu)化后的采樣值波形最大值所在的X坐標(biāo)值，加權(quán)因子分別按照如下公式
K = Oi +Λ + )Ky1 +Λ +■% +^4 +Λ)和A2 = +Λ + Ji5VOi +Λ +■% + Λ +Λ)計算， 計算出 = kI + h 本 2 = 1.79218 ；
(5)同樣提取下一個采樣值正弦波最大值及其前后各兩點，共5點采樣值數(shù)據(jù)為1469)，巧(78,11564),j 3(79,11582),(80,11522)，ρ5(81，11385),其中
^(79,11582)為最大值點；同樣按照上述步驟(2) (4)方法，求出下一個最大值， =h'*xmi +k2 =78.72728。由此計算出采樣值波形兩個相鄰最大值的χ坐標(biāo)值差T=Umacl-^31=76.9351,獲得采樣值波形頻率/ =50*8〔)/Γ= 51.992 ,頻率誤差 Δ/ = 52-/ = 0.008。由上述實施例可知，本算法精度高，誤差小，且由于采樣值在峰值附近，數(shù)值較大， 離散性較小，易于測量。
權(quán)利要求
1.一種基于加權(quán)雙擬合的軟件頻率跟蹤算法，其特征在于，包括以下步驟(1)提取正弦波最大值采樣數(shù)據(jù)，并在同一波峰內(nèi)提取所述最大值前后各兩點采樣數(shù)據(jù)，共獲得5點采樣數(shù)據(jù)；(2)將最大值及其前兩點數(shù)據(jù)代入擬合拋物線方程，求出第I條擬合拋物線最大值所在的Λ坐標(biāo)值；(3)將最大值及其后兩點數(shù)據(jù)代入擬合拋物線方程，求出第2條擬合拋物線最大值所在的坐標(biāo)值；(4)根據(jù)兩條擬合拋物線所求出的τ坐行值，按照加權(quán)因子計算出采樣值波形最大值所在的X坐標(biāo)值；(5)計算出采樣值波形兩個相鄰最大值的X坐標(biāo)值差，獲得采樣波形頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于加權(quán)雙擬合的軟件頻率跟蹤算法，其特征在于所述所述步驟(2)和步驟(3)中擬合拋物線方程為7 =+ 。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于加權(quán)雙擬合的軟件頻率跟蹤算法，其特征在于步驟(I)中所述 5 點采樣數(shù)據(jù)，分別用點 P1O1, Λ)，$2( ,進(jìn)行標(biāo)識，其中為最大值點，為同一波峰內(nèi)最大值點之前的兩個取值點，為同一波峰內(nèi)最大值點之后的兩個取值點。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于加權(quán)雙擬合的軟件頻率跟蹤算法，其特征在于所述步驟(2)為:將PiOiJi). P2 Gu2XPsOsA)代入方程7+ ,計算出七為兩個系數(shù)，然后求出第I條擬合拋物線最大值所在的λ坐標(biāo)值Xsl =。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于加權(quán)雙擬合的軟件頻率跟蹤算法，其特征在于所述步驟(3)為將P3(X3J3),P4 ( , J4Xp5(X5J5)代入方程 7 = + :^+ ,計算出 S2A 兩個系數(shù)，然后求出第2條擬合拋物線最大值所在的坐標(biāo)值x 2 =-^/(2 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于加權(quán)雙擬合的軟件頻率跟蹤算法，其特征在于所述步驟(4)為根據(jù)公式^= +*2 計算出采樣值波形最大值X·,其中為加權(quán)因子，.七1 = Ol + J2 + ) ) /(Λ + + >3 + 74 + Λ)，h= ( + + >5) /O1 + + >3 +74 + )。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于加權(quán)雙擬合的軟件頻率跟蹤算法，其特征在于所述步驟(5)為根據(jù)公式T=|-U2 I計算出采樣值波形兩個相鄰最大值的坐標(biāo)值差八并根據(jù)巾汁算獲得采樣值波形頻率/。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于加權(quán)雙擬合的軟件頻率跟蹤算法，包括以下步驟提取正弦波最大值采樣數(shù)據(jù)，并在同一波峰內(nèi)提取所述最大值前后各兩點采樣數(shù)據(jù)，共獲得5點采樣數(shù)據(jù)；將最大值及其前兩點數(shù)據(jù)代入擬合拋物線方程，求出第1條擬合拋物線最大值所在的坐標(biāo)值；將最大值及其后兩點數(shù)據(jù)代入擬合拋物線方程，求出第2條擬合拋物線最大值所在的坐標(biāo)值；根據(jù)兩條擬合拋物線所求出的坐標(biāo)值，按照加權(quán)因子計算出采樣值波形最大值所在的坐標(biāo)值；計算出采樣值波形兩個相鄰最大值的坐標(biāo)值差，獲得采樣值波形頻率。本算法簡單有效，響應(yīng)速度快，可靠性高，對采樣精度的要求較低，不受頻率變化的影響，有較好的適用性。
文檔編號G01R23/02GK102608415SQ20121002992
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者安同平, 張金貴 申請人:南京弘毅電氣自動化有限公司