孤網(wǎng)變頻系統(tǒng)中二次側(cè)電流電壓頻率跟蹤方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種孤網(wǎng)變頻系統(tǒng)中二次側(cè)電流電壓頻率跟蹤方法，包括以下步驟：1)采樣裝置以10kHz～100kHz的采樣率，采集孤網(wǎng)變頻系統(tǒng)中的電流電壓信號(hào)；2)基于傅里葉變換，提取電流電壓信號(hào)中的二次側(cè)電流電壓待測(cè)信號(hào)的基波分量；3)利用過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)方法確定二次側(cè)電流電壓待測(cè)信號(hào)的基波分量的過(guò)零點(diǎn)，并記錄每個(gè)過(guò)零點(diǎn)的之間的采樣點(diǎn)數(shù)；4)根據(jù)過(guò)零點(diǎn)之間的采樣點(diǎn)數(shù)，確定一個(gè)周期的平均采樣點(diǎn)數(shù)，假設(shè)待測(cè)信號(hào)的頻率為50Hz，利用頻率計(jì)算公式得到待測(cè)信號(hào)的頻率。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有：1、具有較高的魯棒性，跟蹤頻率范圍較寬，在假設(shè)頻率為50Hz時(shí)，信號(hào)頻率從20Hz～100Hz均能正常跟蹤。2、算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度達(dá)到要求。具有較高的抗噪聲干擾能力。
【專利說(shuō)明】
孤網(wǎng)變頻系統(tǒng)中二次側(cè)電流電壓頻率跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明屬于電氣二次系統(tǒng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種孤網(wǎng)變頻系統(tǒng)中二次側(cè)電 流電壓頻率跟蹤方法，用于二次系統(tǒng)電流電壓頻率跟蹤。
【背景技術(shù)】：
[0002] 孤網(wǎng)運(yùn)行的電氣系統(tǒng)中，系統(tǒng)頻率會(huì)根據(jù)電氣設(shè)備的工況變頻運(yùn)行，運(yùn)行的頻率 范圍在30~60化之間。電流電壓頻率依然是一個(gè)非常重要的運(yùn)行參量，其對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定、 安全、效率都有重要意義，且可靠的頻率測(cè)量是有功控制、負(fù)荷保護(hù)、系統(tǒng)恢復(fù)的前提條件。 同時(shí)，變頻系統(tǒng)中電流電壓采樣值W及對(duì)應(yīng)的二次計(jì)算值的準(zhǔn)確與否，都取決于頻率測(cè)量。 因此，需要一個(gè)快速和準(zhǔn)確的頻率跟蹤系統(tǒng)。
[0003] 目前頻率跟蹤算法中過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)和計(jì)算周波數(shù)是簡(jiǎn)單和常見(jiàn)的方法，另外離線傅 里葉變換、最小二乘法W及Kalman濾波是很成熟的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，也可W用于頻率測(cè) 量。在頻率跟蹤中會(huì)遇到如下問(wèn)題:噪聲干擾，在實(shí)際過(guò)零點(diǎn)附近出現(xiàn)波動(dòng)，出現(xiàn)多個(gè)假過(guò) 零點(diǎn)，導(dǎo)致頻率測(cè)量誤差;高次諧波的影響，系統(tǒng)信號(hào)中往往會(huì)含有高次諧波，導(dǎo)致過(guò)零點(diǎn) 與基波過(guò)零點(diǎn)出現(xiàn)偏差，故影響頻率測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決快速準(zhǔn)確跟蹤電流電壓頻率，提供了一種孤網(wǎng)變頻系統(tǒng) 中二次側(cè)電流電壓頻率跟蹤方法。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 孤網(wǎng)變頻系統(tǒng)中二次側(cè)電流電壓頻率跟蹤方法，包括W下步驟：
[0007] 1)采樣裝置W1 Ok化~1 OOk化的采樣率，采集孤網(wǎng)變頻系統(tǒng)中的電流電壓信號(hào)； [000引2)基于傅里葉變換，提取二次側(cè)電流電壓信號(hào)中的基波分量；
[0009] 3)利用過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)方法確定二次側(cè)電流電壓的基波分量中過(guò)零點(diǎn)，并記錄每個(gè)過(guò) 零點(diǎn)的之間的采樣點(diǎn)數(shù)；
[0010] 4)根據(jù)過(guò)零點(diǎn)之間的采樣點(diǎn)數(shù)，確定一個(gè)周期的平均采樣點(diǎn)數(shù)，設(shè)定假設(shè)基波分 量的頻率，利用頻率計(jì)算公式得到基波分量的頻率，由于基波分量的頻率即為待測(cè)信號(hào)的 頻率，故得到待測(cè)信號(hào)的頻率。
[0011] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟2)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下：
[0012] 201)設(shè)初始信號(hào)為x(t):
[0013]
(1)
[0014] 式中：C為基波分量的幅值；CO為基波分量角速度，資為初始相位，R(t)為高次諧波 和均值為零的白噪聲信號(hào)組成；
[0015] 202)如果基波分量的角速度CO未知，則假設(shè)為《3,得到傅里葉系數(shù)X如下： (2)
[00161
[0( 9正弦分量和余
弦分量，《a為傅里葉系數(shù)中的角頻率，m是假設(shè)頻率中一個(gè)周期中的采樣點(diǎn)數(shù)，且Ta = 23l/ W a , Xn表不束n個(gè)乂樣點(diǎn)；
[001引203)假設(shè)采集系統(tǒng)的采樣率為fs = m/Ta=l/Ts，Ts是采樣間隔，貝帷離散傅里葉序 列中，基波分量的頻率可W用采樣間隔和的基波分量一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)表示，即1/(采樣 間隔*采樣點(diǎn)數(shù)），待測(cè)信號(hào)的基波分量cosine和sine,即A和B是時(shí)間的周期函數(shù)，且A(t)和 B(t)是待測(cè)信號(hào)頻率f的正交周期函數(shù)；
[0019] 其中，Cosine基波分量的表達(dá)式為：
[0020]
(3)
[0021] 式中：n表示采樣點(diǎn)位置，m表示一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，XnXn是對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)值，a 為《aTa/m;對(duì)于余弦基波分量有：COaTa=化? fa ? Ta。
[0022] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟3)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下：
[0023] 301)在過(guò)零點(diǎn)處，如從正半軸到負(fù)半軸，上一個(gè)周期中最后一個(gè)采樣點(diǎn)為正值A(chǔ)p, 下一個(gè)周期第一個(gè)采樣點(diǎn)An為負(fù)值；
[0024] 在過(guò)零點(diǎn)區(qū)域，cosine函數(shù)用線性函數(shù)表示為：
[00巧]
且假設(shè)K+P = l (4)
[00%] 302) h沐公擊巧開(kāi)文/為，
[0027]
(65)
[0028] 303)當(dāng)基波分量經(jīng)過(guò)過(guò)零點(diǎn)時(shí)，從正半周到負(fù)半周，P表示為下一個(gè)周期的第一個(gè) 采樣點(diǎn)；在下一個(gè)過(guò)零點(diǎn)處，從負(fù)半軸到正半軸，K表示為前一個(gè)周期的最后一個(gè)點(diǎn)，P表示 下一個(gè)周期的第一個(gè)點(diǎn)，所有介于An和Ap之間的采用點(diǎn)等于1，同一時(shí)刻P+K的值永遠(yuǎn)等于1， 其中，P<1，K<1。
[0029] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟4)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下：
[0030] 根據(jù)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)得到一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)M個(gè)周期內(nèi)的平均樣本 數(shù)，計(jì)算基波分量的頻率；
[0031 ] Ma表示一個(gè)存儲(chǔ)M個(gè)周期內(nèi)，每個(gè)周期內(nèi)采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，如下式所示：
[003^ Ma= [XA1XA2XA3........xam]t (6)
[0033] M個(gè)周期的平均采樣點(diǎn)數(shù)為：
[0034]
(7)
[0035] 基波信號(hào)的頻率f為：
[0036]
(8)
[0037] 其中，fa為假設(shè)基波分量的頻率，m為基波分量一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)；
[0038] 待測(cè)信號(hào)的頻率即為基波信號(hào)的頻率f。
[0039] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，M的取值為4~10。
[0040] 本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有W下創(chuàng)新點(diǎn)：
[0041 ] 1、使用傅里葉變換提取基波分量，具有濾波的作用，且不受初始相位影響；
[0042] 2、改進(jìn)了過(guò)零點(diǎn)的選取方法，將過(guò)零點(diǎn)處的兩個(gè)采樣點(diǎn)根據(jù)過(guò)零點(diǎn)處正半軸最后 一個(gè)采樣點(diǎn)和負(fù)半軸第一個(gè)采樣點(diǎn)的乘積關(guān)系確定
[0043] 本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有W下顯著優(yōu)點(diǎn)：
[0044] 1、具有較高的魯棒性，跟蹤頻率范圍較寬，在假設(shè)頻率為50化時(shí)，信號(hào)頻率從20化 ~IOOHz均能正常跟蹤。
[0045] 2、算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度達(dá)到要求。具有較高的抗噪聲干擾能力。
【附圖說(shuō)明】：
[0046] 圖1為本發(fā)明方法從含有高次諧波的原始信號(hào)中提取基波分量的示意圖；
[0047] 圖2為本發(fā)明方法在噪聲SNR=IO干擾時(shí)的基波分量提取示意圖；
[0048] 圖3為本發(fā)明方法過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)的示意圖；
[0049] 圖4為本發(fā)明方法頻率跟蹤效果示意圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0050] W下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0051] 本發(fā)明的基本思想是利用融合小波包分解與奇異值分解實(shí)現(xiàn)局部放電電磁波能 量信號(hào)的有效提取，具體流程如下：
[0052] 1、初始化各個(gè)變量
[0053] a)采集系統(tǒng)的采樣頻率為fs，采樣間隔Ts = 1/fs
[0054] b)假設(shè)基波分量的頻率為fa,則周期為Ta=l/fa，一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)m為m = Ta/Ts；
[0055] C)實(shí)際頻率為f;
[0056] 2、讀取原始信號(hào)時(shí)域波形，并存儲(chǔ)為數(shù)組X;
[0057] 3、采用如下公式提取信號(hào)的基波分量；
[005引
（3)
[0059] 其中：n表示采樣點(diǎn)位置，m表示一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，Xn是對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)值，a為 ?aTa/m;對(duì)于余弦基波分量則有：OaTa=化? fa ? Ta。
[0060] 4、進(jìn)行過(guò)零點(diǎn)位置檢測(cè)，根據(jù)如下公式(4)，計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)的P和K，
[0061 ]
，且假設(shè) K+P = l (4)
[0062] 則有；
[0063]
[0064] 如果P(i)<l并且K(i)<l，則x(i)為過(guò)零點(diǎn)處前一個(gè)周期的最后一采樣點(diǎn)。
[0065] 5、計(jì)算M個(gè)(4~10)周期的平均周期采樣點(diǎn)數(shù)
[0066] Ma表示一個(gè)存儲(chǔ)M個(gè)周期內(nèi)，每個(gè)周期的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，如下式所示：
[0067] Ma= [XA1XA2XA3........xam]^ (6)
[0068] M個(gè)周期的平均采樣點(diǎn)數(shù)為：
[0069]
O
[0070] 6、計(jì)算基波分量的頻率
[0071] 基波分量的頻率為：
[007^
錢）
[0073] 其中fa為假設(shè)基波分量的頻率，一般為50化，m為基波分量一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn) 數(shù)。
[0074] 7、基波信號(hào)的頻率巧P為待測(cè)信號(hào)的頻率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 孤網(wǎng)變頻系統(tǒng)中二次側(cè)電流電壓頻率跟蹤方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 采樣裝置以I OkHz~I OOkHz的采樣率，采集孤網(wǎng)變頻系統(tǒng)中的電流電壓信號(hào)； 2) 基于傅里葉變換，提取二次側(cè)電流電壓信號(hào)中的基波分量； 3) 利用過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)方法確定二次側(cè)電流電壓的基波分量中過(guò)零點(diǎn)，并記錄每個(gè)過(guò)零點(diǎn) 的之間的采樣點(diǎn)數(shù)； 4) 根據(jù)過(guò)零點(diǎn)之間的采樣點(diǎn)數(shù)，確定一個(gè)周期的平均采樣點(diǎn)數(shù)，設(shè)定假設(shè)基波分量的 頻率，利用頻率計(jì)算公式得到基波分量的頻率，由于基波分量的頻率即為待測(cè)信號(hào)的頻率， 故得到待測(cè)信號(hào)的頻率。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的孤網(wǎng)變頻系統(tǒng)中二次側(cè)電流電壓頻率跟蹤方法，其特征在于， 步驟2)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下： 201)設(shè)初始信號(hào)為x(t):(1) 式中：C為基波分量的幅值；ω為基波分量角速度，爐為初始相位，R(t)為高次諧波和均 值為零的白噪聲信號(hào)組成； 909)加里其姑公畺的隹詰齒《去4n. Ul丨丨假沿* f,L .鋃韻丨値里Π +茗撒(2) 汙量和余弦分 量，COa為傅里葉系數(shù)中的角頻率，m是假設(shè)頻率中一個(gè)周期中的采樣點(diǎn)數(shù)，且Ta = 2V?a，Xn 表不第η個(gè)米樣點(diǎn)； 203)假設(shè)采集系統(tǒng)的采樣率為fs=m/Ta=l/Ts，Ts是采樣間隔，則在離散傅里葉序列中， 基波分量的頻率可以用采樣間隔和的基波分量一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)表示，即1/(采樣間隔* 采樣點(diǎn)數(shù)），待測(cè)信號(hào)的基波分量cosine和sine，即A和B是時(shí)間的周期函數(shù)，且A(t)和B(t) 是待測(cè)信號(hào)頻率f的正交周期函數(shù)； 其中，Cosine某波分量的表汰式為：(3) 式中：η表示采樣點(diǎn)位置，m表示一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，χηΧη是對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)值，α為ω aTa/m;對(duì)于余弦基波分量有：CoaTa = 2jt · fa · Ta。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的孤網(wǎng)變頻系統(tǒng)中二次側(cè)電流電壓頻率跟蹤方法，其特征在于， 步驟3)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下： 301) 在過(guò)零點(diǎn)處，如從正半軸到負(fù)半軸，上一個(gè)周期中最后一個(gè)采樣點(diǎn)為正值A(chǔ)p，下一 個(gè)周期第一個(gè)采樣點(diǎn)An為負(fù)值； 在過(guò)零點(diǎn)區(qū)域，cosine函數(shù)用線性函數(shù)表示為： i 假設(shè) K+P=l (4) 302)上述公式變形為： (5) 303)當(dāng)基波分量經(jīng)過(guò)過(guò)零點(diǎn)時(shí)，從正半周到負(fù)半周，P表示為下一個(gè)周期的第一個(gè)采樣 點(diǎn)；在下一個(gè)過(guò)零點(diǎn)處，從負(fù)半軸到正半軸，K表示為前一個(gè)周期的最后一個(gè)點(diǎn)，P表示下一 個(gè)周期的第一個(gè)點(diǎn)，所有介于A4PA P之間的采用點(diǎn)等于1，同一時(shí)刻P+K的值永遠(yuǎn)等于1，其 中，Ρ〈1，Κ〈1〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的孤網(wǎng)變頻系統(tǒng)中二次側(cè)電流電壓頻率跟蹤方法，其特征在于， 步驟4)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下： 根據(jù)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)得到一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)M個(gè)周期內(nèi)的平均樣本數(shù)，計(jì) 算基波分量的頻率； Ma表示一個(gè)存儲(chǔ)M個(gè)周期內(nèi)，每個(gè)周期內(nèi)采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，如下式所示： Ma= [ΧΑ1ΧΑ2ΧΑ3........XAM ]Τ (6) M個(gè)周期的平均采樣點(diǎn)數(shù)為：(?) (S) 其中，fa為假設(shè)基波分量的頻率，m為基波分量一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)； 待測(cè)信號(hào)的頻率即為基波信號(hào)的頻率f。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的孤網(wǎng)變頻系統(tǒng)中二次側(cè)電流電壓頻率跟蹤方法，其特征在于， M的取值為4~10。
【文檔編號(hào)】G01R23/16GK106018958SQ201610311327
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月11日
【發(fā)明人】趙煦, 兀鵬越, 馮仰敏
【申請(qǐng)人】西安西熱節(jié)能技術(shù)有限公司