本發(fā)明涉及一種檢測(cè)方法，尤其是一種電力系統(tǒng)諧波的檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

由電力電子裝置帶來的諧波問題對(duì)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行構(gòu)成潛在威脅，給周圍電氣環(huán)境帶來了極大影響，諧波已成為電網(wǎng)的一大公害。電網(wǎng)諧波同時(shí)也是電力電測(cè)綜合儀表中較為重要的測(cè)量參數(shù)。

諧波測(cè)量方法經(jīng)歷了由模擬式發(fā)展到電子式、數(shù)字式、智能化的過程。主要包括基于模擬濾波器的諧波測(cè)量方法、基于瞬時(shí)無功功率的p-q法和ip-iq法、基于傅立葉變換或小波變換的諧波測(cè)量方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波測(cè)量方法、基于pisarenko法和music法的諧波測(cè)量方法、基于虛擬磁勢(shì)法的諧波測(cè)量方法、基于kalman濾波、遺傳算法、模擬退火算法的諧波測(cè)量方法等。同步采樣結(jié)合快速傅里葉變換的技術(shù)路線大都會(huì)導(dǎo)致硬件的復(fù)雜化及儀表成本的提高，而運(yùn)算復(fù)雜、運(yùn)算量大的方法又無法適應(yīng)電力電測(cè)儀表中資源有限的處理器。如何在通過較小的成本代價(jià)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)諧波的測(cè)量功能，同時(shí)能夠較好地適應(yīng)頻率變化的電網(wǎng)環(huán)境，是電力電測(cè)儀表中實(shí)現(xiàn)諧波檢測(cè)的一大難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明創(chuàng)造提供了一種諧波檢測(cè)方法，通過測(cè)量電網(wǎng)頻率，并以固定的采樣頻率采樣待測(cè)電壓或電流通道獲得采樣數(shù)據(jù)序列，利用獲得的電網(wǎng)頻率及待測(cè)電壓或電流通道的采樣數(shù)據(jù)計(jì)算其諧波成分。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種電力系統(tǒng)諧波的檢測(cè)方法，測(cè)量電網(wǎng)頻率，以固定的采樣頻率采樣待測(cè)電壓或電流通道獲得至少3.5個(gè)電網(wǎng)周期的采樣數(shù)據(jù)，利用獲得的電網(wǎng)頻率及待測(cè)電壓或電流通道的采樣數(shù)據(jù)計(jì)算其諧波成分。步驟為：

1)、基頻成分測(cè)量：利用下式計(jì)算采樣數(shù)據(jù)序列中的基頻成分

其中，fm是經(jīng)數(shù)據(jù)處理后的電網(wǎng)頻率的測(cè)量值，e是電網(wǎng)頻率為50hz時(shí)頻率測(cè)量的均方根誤差，fl是經(jīng)誤差補(bǔ)償后的頻率值，n是后續(xù)計(jì)算所需的整數(shù)部分，nf是后續(xù)計(jì)算所需的小數(shù)部分，fs是采樣頻率，為向下取整運(yùn)算，s(k)是以固定采樣頻率采樣待測(cè)電壓或電流通道獲得的采樣數(shù)據(jù)序列的第k個(gè)采樣數(shù)據(jù)，s(n)是以固定采樣頻率采樣待測(cè)電壓或電流通道獲得的采樣數(shù)據(jù)序列的第n個(gè)采樣數(shù)據(jù)，sin(·)與cos(·)為正弦函數(shù)與余弦函數(shù)，a1、b1是采樣數(shù)據(jù)序列中基頻成分的正交分量，c1是采樣數(shù)據(jù)序列中基頻成分的有效值；

2)、從采樣數(shù)據(jù)序列中減除基頻成分：

k＝0,1,…,n

3)、諧波成分初測(cè)：利用下式依次計(jì)算樣數(shù)據(jù)序列中的諧波成分，獲得其初測(cè)值

其中，n＝2,3,…,nh，nh為待測(cè)的最高次諧波，an、bn是采樣數(shù)據(jù)序列中第n次諧波的正交分量，cn為第n次諧波的有效值；

4)、諧波成分排序：建立排序表r，利用步驟3中得到的諧波初測(cè)值，將各次諧波的次數(shù)按其有效值從大到小排序后依次寫入排序表，將排序表索引q置為0；

5)、清零：將各次待測(cè)諧波的諧波率置零；

hrm＝0

m＝2,3,…,nh

6)、諧波成分測(cè)量：根據(jù)排序表r及其當(dāng)前的索引q，分析第m次諧波成分

m＝r[q]

其中，r[q]為排序表r中的第q個(gè)數(shù)據(jù)，am、bm是采樣數(shù)據(jù)序列中第m次諧波的正交分量，cm為第m次諧波的有效值，hrm是第m次諧波的諧波含有率，如果其數(shù)值小于諧波檢測(cè)設(shè)定的閾值則進(jìn)入步驟9，否則進(jìn)入步驟7；

7)、從采樣數(shù)據(jù)序列中減除步驟6中已測(cè)的第m次諧波成分：

k＝0,1,…,n

8)、判斷：排序表索引+1，如果排序表索引超出排序表范圍則進(jìn)入步驟9，否則返回步驟6；

9)、輸出：將各次諧波的諧波率計(jì)算結(jié)果輸出，返回。

所述的電網(wǎng)頻率的測(cè)量值fm是對(duì)電網(wǎng)頻率測(cè)量數(shù)據(jù)ft經(jīng)下式迭代處理后得到

其中，α為迭代系數(shù)，根據(jù)電網(wǎng)頻率測(cè)量數(shù)據(jù)ft及當(dāng)前電網(wǎng)頻率測(cè)量值輸出選取，電網(wǎng)頻率測(cè)量值迭代更新輸出，為迭代初值

其中

計(jì)算所需的正弦與余弦函數(shù)數(shù)值采用查表法獲得，建立一個(gè)長(zhǎng)度為ltbl的正弦函數(shù)查找表tbl，存儲(chǔ)一個(gè)周期的正弦函數(shù)數(shù)值，即

p＝0,1,…ltbl-1

ltbl＝2^l

其中，p正弦函數(shù)查找表tbl的索引，l為正整數(shù)；

對(duì)于諧波分析計(jì)算所需的第m次諧波的第k個(gè)正弦函數(shù)數(shù)值通過下面的計(jì)算獲得

其中，為中間變量，用于計(jì)算第m次諧波的第k個(gè)正弦函數(shù)數(shù)值在正弦函數(shù)查找表tbl中的索引long(·)為數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換運(yùn)算，將其他類型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為32位的無符號(hào)長(zhǎng)整形；

對(duì)于諧波分析計(jì)算所需的第m次諧波的第k個(gè)余弦函數(shù)數(shù)值通過下面的計(jì)算獲得

本發(fā)明提出的電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)方法，采用固定的采樣頻率采樣待測(cè)電壓或電流通道，結(jié)合電網(wǎng)頻率的測(cè)量結(jié)果測(cè)量待測(cè)通道的諧波。無需附加的硬件，對(duì)電網(wǎng)頻率的大范圍變化亦具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。同時(shí)，本發(fā)明提出的諧波檢測(cè)方法可以根據(jù)實(shí)際儀表?xiàng)l件與檢測(cè)要求靈活調(diào)整參數(shù)，適用性強(qiáng)。

附圖說明

圖1：為本發(fā)明框圖。

圖2：為本發(fā)明仿真數(shù)據(jù)圖。

具體實(shí)施方式

附圖1是以att7022c及msp430f47166為核心的本發(fā)明的實(shí)施例框圖。

三相電流分別經(jīng)過電流互感器后，通過低溫漂精密電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)過濾波保護(hù)電路后，分別與att7022c的三個(gè)電流通道相連，三相電壓分別經(jīng)過電阻分壓網(wǎng)絡(luò)及濾波保護(hù)電路后，分別與att7022c的三個(gè)電壓通道相連，a相電壓經(jīng)光耦隔離單元后輸出至msp430f47166用于電網(wǎng)頻率測(cè)量，msp430f47166的gpio接口經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后與att7022c的spi接口引腳連接。

msp430f47166通過att7022c的spi接口設(shè)置待測(cè)的電壓或電流通道，att7022c將以3.2khz的固定采樣頻率及16bit的分辨率采集預(yù)設(shè)通道，并將采樣數(shù)據(jù)暫存于片上的240字的存儲(chǔ)器中。待att7022c數(shù)據(jù)采集完畢，msp430f47166通過att7022c的spi接口將att7022c存儲(chǔ)器中的采樣數(shù)據(jù)讀入msp430f47166的片上存儲(chǔ)器中用于諧波分析計(jì)算。

msp430f47166利用來自光耦隔離單元的數(shù)字脈沖信號(hào)測(cè)量電網(wǎng)的頻率，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)采用如下的迭代處理提高頻率測(cè)量精度

其中

通過頻率測(cè)量結(jié)果與信號(hào)源的標(biāo)稱輸出頻率統(tǒng)計(jì)出頻率測(cè)量的均方根誤差e，將之用于頻率補(bǔ)償

結(jié)合電網(wǎng)頻率測(cè)量值與待測(cè)電壓或電流通道的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算基頻成分、從采樣數(shù)據(jù)序列中減除基頻成分、諧波成分初測(cè)、初測(cè)諧波成分排序、諧波成分再測(cè)量等步驟得到諧波測(cè)量結(jié)果。

1)、基頻成分測(cè)量

其中，fm是經(jīng)數(shù)據(jù)處理后的電網(wǎng)頻率的測(cè)量值，e是電網(wǎng)頻率為50hz時(shí)頻率測(cè)量的均方根誤差，fl是經(jīng)誤差補(bǔ)償后的頻率值，n是后續(xù)計(jì)算所需的整數(shù)部分，nf是后續(xù)計(jì)算所需的小數(shù)部分，fs是采樣頻率，為向下取整運(yùn)算，s(k)是以固定采樣頻率采樣待測(cè)電壓或電流通道獲得的采樣數(shù)據(jù)序列的第k個(gè)采樣數(shù)據(jù)，s(n)是以固定采樣頻率采樣待測(cè)電壓或電流通道獲得的采樣數(shù)據(jù)序列的第n個(gè)采樣數(shù)據(jù)，sin(·)與cos(·)為正弦函數(shù)與余弦函數(shù)，a1、b1是采樣數(shù)據(jù)序列中基頻成分的正交分量，c1是采樣數(shù)據(jù)序列中基頻成分的有效值；

2)、從采樣數(shù)據(jù)序列中減除基頻成分；

k＝0,1,…,n

3)、諧波成分初測(cè)

n＝2,3,…,21

其中，n＝2,3,…,nh，nh為待測(cè)的最高次諧波，an、bn是采樣數(shù)據(jù)序列中第n次諧波的正交分量，cn為第n次諧波的有效值；

4)、建立排序表r，利用步驟3中得到的諧波初測(cè)值，將各次諧波的次數(shù)按其有效值從大到小排序后依次寫入排序表，將排序表索引q置為0；

5)、將各次待測(cè)諧波的諧波率置零；

hrm＝0

m＝2,3,…,21

6)、根據(jù)排序表r及其當(dāng)前的索引q，分析第m次諧波成分；

m＝r[q]

其中，r[q]為排序表r中的第q個(gè)數(shù)據(jù)，am、bm是采樣數(shù)據(jù)序列中第m次諧波的正交分量，cm為第m次諧波的有效值，hrm是第m次諧波的諧波含有率，如果其數(shù)值小于諧波檢測(cè)設(shè)定的閾值則進(jìn)入步驟9，否則進(jìn)入步驟7；

7)、從采樣數(shù)據(jù)序列中減除步驟6中已測(cè)的第m次諧波成分：

k＝0,1,…,n

8)、排序表索引+1，如果排序表索引超出排序表范圍則進(jìn)入步驟9，否則返回步驟6；

9)、將各次諧波的諧波含有率計(jì)算結(jié)果輸出，返回。

為提高計(jì)算速度，對(duì)計(jì)算所需的正弦與余弦函數(shù)數(shù)值采用查表法獲得。建立一個(gè)長(zhǎng)度為1024的正弦函數(shù)查找表tbl，存儲(chǔ)一個(gè)周期的正弦函數(shù)數(shù)值，即

p＝0,1,…1023

其中，p正弦函數(shù)查找表tbl的索引；

對(duì)于諧波分析計(jì)算所需的第m次諧波的第k個(gè)正弦函數(shù)數(shù)值通過下面的計(jì)算獲得

其中，為中間變量，用于計(jì)算第m次諧波的第k個(gè)正弦函數(shù)數(shù)值在正弦函數(shù)查找表tbl中的索引long(·)為數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換運(yùn)算，將其他類型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為32位的無符號(hào)長(zhǎng)整形；

對(duì)于諧波分析計(jì)算所需的第m次諧波的第k個(gè)余弦函數(shù)數(shù)值通過下面的計(jì)算獲得