本發(fā)明涉及數字信號處理領域，特別是涉及一種電力系統(tǒng)諧波的快速檢測方法。
背景技術：
近年來，人們對電能質量的要求也越來越高，然而同時造成電能質量問題的因素也在不斷增加，其中一個影響因素主要表現為電力系統(tǒng)中的諧波與間諧波，諧波問題對電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經濟運行構成潛在威脅，對電力設備危害尤其嚴重，因此對電力系統(tǒng)諧波的研究顯得尤為重要，而電力系統(tǒng)諧波的檢測正是這些研究的首要任務。
快速傅里葉變換(fft)是最常用的諧波檢測方法，而這種方法需要采集基頻至少一個完整周期內的全部數據才能得到正確的結果，而且fft算法存在著能量泄露的問題，導致計算出的各頻率諧波振幅與實際振幅差異較大，另外fft算法計算過程復雜，無法實現實時分析。
因此亟需提供一種新型的電力系統(tǒng)諧波的快速檢測方法來解決上述問題。
技術實現要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種電力系統(tǒng)諧波的快速檢測方法，僅需采集半個周期的采樣數據即可實現諧波檢測。
為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是：提供如下一種電力系統(tǒng)諧波的快速檢測方法：
以至少最高倍頻兩倍的頻率為采樣率，采集至少諧波數量兩倍的采樣點；
構造每個諧波頻率對應的正弦信號與余弦信號；
通過擬合每個正弦項與余弦項前的系數計算出諧波檢測參數；
合并同頻率正弦項與余弦項前的系數得到各頻率諧波的振幅與相位。
在本發(fā)明一個較佳實施例中，諧波檢測參數的計算方法包括最小二乘法。
進一步的，所述一種電力系統(tǒng)諧波的快速檢測方法的具體步驟包括：
(1)構造諧波信號混合模型：設基頻頻率為f，諧波頻率最大為n倍基頻頻率即nf，故采集到的采樣信號x為
其中，an(n＝1，...，n)，bn(n＝1，...，n)為n倍基頻諧波對應的正弦項與余弦項前的系數即諧波檢測參數，sn、pn為n倍頻諧波的振幅及相位；
(2)計算諧波檢測參數：
s2.1：以2nf的頻率采集0.01秒的信號并記為x，另設x長度為m，并計算采樣間隔d；
s2.2：構造m行2n列矩陣a，構造方法如下
其中amn為矩陣a中第m行第n列元素，[]表示向上取整運算；
s2.3：構建m行列向量b
bi＝xi
其中bi表示向量b中第i行的元素，xi表示信號x中第i個采樣點的幅值。
s2.4：利用如下公式計算向量w；
w＝(ata)-1(atb)
s2.5：利用如下公式計算an(n＝1，...，n)，bn(n＝1，...，n)，
an＝w(2n-1)
bn＝w(2n)
其中w(n)表示向量w中的第n個元素。
(3)利用步驟(2)中計算得出的aj，bj，按照如下公式計算j倍頻諧波的振幅sj及相位pj。
pj＝atan2(bj,aj)
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明與現有的諧波檢測方法相比，數據需求量小，僅需采集基頻信號二分之一長度的數據即可實現諧波檢測，且不存在頻率泄漏的問題，計算出的各頻率諧波振幅與實際振幅差異較??；計算方法簡單，對干擾信號有一定的兼容性，可用于電力系統(tǒng)諧波的實時檢測，適用于廣泛推廣應用。
附圖說明
圖1是本發(fā)明一種電力系統(tǒng)諧波的快速檢測方法一較佳實施例的流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
請參閱圖1，本發(fā)明實施例包括：
一種電力系統(tǒng)諧波的快速檢測方法，包括以下步驟：
1)以至少最高倍頻兩倍的頻率為采樣率，采集至少諧波數量兩倍的采樣點，若信號噪聲強度是原信號強度的1％，采集基頻信號半個周期時間長度的數據，若信號噪聲強度高于1％，可采集大于半個周期時間長度的信號數據，以增加采樣數據的穩(wěn)定性；
2)構造每個諧波頻率對應的正弦信號與余弦信號；
3)通過擬合每個正弦項與余弦項前的系數計算出諧波檢測參數，優(yōu)選的，擬合方法采用最小二乘法；
4)合并同頻率正弦項與余弦項前的系數得到各頻率諧波的振幅與相位。
進一步的，所述電力系統(tǒng)諧波的快速檢測方法的具體步驟如下：
(1)構造諧波信號混合模型：設基頻頻率為f，諧波頻率最大為n倍基頻頻率即nf，故采集到的采樣信號x為
其中，an(n＝1，...，n)，bn(n＝1，...，n)為n倍基頻諧波對應的正弦項與余弦項前的系數即諧波檢測參數，sn、pn為n倍頻諧波的振幅及相位；
(2)計算諧波檢測參數：
s2.1：以2nf的頻率采集0.01秒的信號并記為x，另設x長度為m，并計算采樣間隔d；
s2.2：構造m行2n列矩陣a，構造方法如下
其中amn為矩陣a中第m行第n列元素，[]表示向上取整運算；
s2.3：構建m行列向量b
bi＝xi
其中bi表示向量b中第i行的元素，xi表示信號x中第i個采樣點的幅值。
s2.4：利用如下公式計算向量w；
w＝(ata)-1(atb)
s2.5：利用如下公式計算an(n＝1，...，n)，bn(n＝1，...，n)，
an＝w(2n-1)
bn＝w(2n)
其中w(n)表示向量w中的第n個元素。
(3)利用步驟(2)中計算得出的aj，bj，按照如下公式計算j倍頻諧波的振幅sj及相位pj。
pj＝atan2(bj,aj)
以基頻頻率為50hz的諧波信號為例，假設信號中有50hz、100hz兩個頻率的諧波，其構造的諧波信號混合模型中有四個正弦項與余弦項，在擬合正弦余弦項系數的時候，只需要4組數據，就能保證方程一定唯一解。故此時只需采集4個采樣點的數據，即可得出諧波檢測結果。當采樣率為1000hz時，采樣周期為1ms，故采集4個采樣點的數據需要的時間為(4-1)×1ms＝3ms，遠低于100hz的一個周期長度(10ms)。因此可以看出，當采樣率越高時，采集所需采樣點的時間長度就越短。
區(qū)別于現有技術，本發(fā)明所需數據量小，僅需基頻信號二分之一長度的數據即可實現諧波檢測，且不存在頻率泄漏的問題，計算出的各頻率諧波振幅與實際振幅差異較小；計算方法簡單，對干擾信號有一定的兼容性，可用于電力系統(tǒng)諧波的實時檢測，適用于廣泛推廣應用。
以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內。