一种基于谐波分析仪的电力谐波分析方法和谐波分析仪技术

技术编号:11857712 阅读:118 留言:0更新日期:2015-08-12 01:32
本发明专利技术公开了一种基于谐波分析仪的电力谐波分析方法和谐波分析仪,其中,该方法包括:确定预设基频,根据预设基频为输入信号设计第一FIR梳状滤波器;通过第一FIR梳状滤波器对输入信号进行滤波,并确定滤波后信号的频率;当滤波后信号的频率与预设基频之间的差值小于预设阈值时,将滤波后信号的频率作为输入信号的基频;根据基频确定谐波的频率,并为谐波设计第二FIR梳状滤波器;通过第二FIR梳状滤波器对输入信号进行滤波,确定谐波的信号参数,并将信号参数发送给谐波分析仪的处理单元。该电力谐波分析方法很容易实现,可以方便计算出谐波参数,精度高,且该方法不受频率漂移影响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于谐波分析仪的电力谐波分析方法和谐波分析仪
本专利技术涉及信号处理
,具体地,涉及一种基于谐波分析仪的电力谐波分析方法和谐波分析仪。
技术介绍
随着电力电子技术的快速发展,电力系统的谐波污染日益严重,电力电子装置带来的谐波问题对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在威胁,给周围电气环境带来了极大影响,电能质量问题受到高度重视,谐波分析技术在电能质量监控、电子产品生产检验、电器设备监控等众多领域应用广泛,是进行电网监控、质量检验、设备监控的重要技术手段。目前常用的分析方法主要有离散傅里叶变换(DFT)、快速傅里叶变换(FFT)、基于FIR(FiniteImpulseResponse,有限冲击响应)数字滤波算法、小波变换法和Prony算法等。在工程应用中,谐波分析总是进行有限点的采样,难以做到严格意义的同步采样。这样,在应用FFT、DFT进行谐波分析时,就会存在由于截断效应导致的长范围泄漏和由于栅栏效应导致的短范围泄漏,使得分析结果精度不高,甚至不可信。基于FIR数字滤波器的电力系统各次谐波分析是这些方法中原理简单且较为有效的一种算法。FIR数字滤波器可以从信号中过滤出所需的频率分量,但这种方法存在一些副作用,它改变了信号中剩余频率分量的幅度和相位。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术中谐波分析时存在栅栏效应的缺陷,根据本专利技术的一个方面,提出一种基于谐波分析仪的电力谐波分析方法。根据本专利技术实施例的一种基于谐波分析仪的电力谐波分析方法,包括:确定预设基频,根据预设基频为输入信号设计第一FIR梳状滤波器;通过第一FIR梳状滤波器对输入信号进行滤波,并确定滤波后信号的频率;当滤波后信号的频率与预设基频之间的差值小于预设阈值时,将滤波后信号的频率作为输入信号的基频;根据基频确定谐波的频率,并为谐波设计第二FIR梳状滤波器;通过第二FIR梳状滤波器对输入信号进行滤波,确定谐波的信号参数,并将信号参数发送给谐波分析仪的处理单元,信号参数包括:信号幅值和信号相位角。优选的,基于谐波分析仪的电力谐波分析方法还包括:当滤波后信号的频率与预设基频之间的差值不小于预设阈值时,继续通过第一FIR梳状滤波器对滤波后信号进行滤波,直至再次滤波后信号的频率与预设基频之间的差值小于预设阈值,并将再次滤波后信号的频率作为输入信号的基频。优选的,确定滤波后信号的频率,包括:获取滤波后信号的连续三次采样值x(k)、x(k+1)和x(k+2);确定滤波后信号的频率为:其中Δt为采样时间间隔。优选的,确定谐波的信号参数,包括:获取谐波的连续两次采样值xi(k)和xi(k+1);确定谐波的信号幅值为:Xi=2|Ai|;确定谐波的信号相位角为:φi=angle(Ai);其中,fi为谐波的频率,Δt为采样时间间隔。优选的,第一FIR梳状滤波器和第二FIR梳状滤波器为FIR窗滤波器;对于采样序列x(k)=Xcos(2πfkΔt+φ),经过FIR窗滤波器进行滤波处理后:其中a=ej2πfΔt,为窗校正因子。优选的,当第二FIR梳状滤波器为FIR窗滤波器时,确定谐波的信号参数,包括:获取谐波的连续两次采样值和确定谐波的信号幅值为:Xi=2|Ai|;确定谐波的信号相位角为:φi=angle(Ai);其中,fi为谐波的频率,Δt为采样时间间隔。本专利技术实施例提供的一种基于谐波分析仪的电力谐波分析方法,该方法很容易实现,可以方便计算出谐波参数,精度高,且该方法不受频率漂移影响,同时采样频率不必是基波频率的2n倍,有效克服了泄露、栅栏效应和混叠效应等严重影响谐波分析精度的缺点。本专利技术是为了克服现有技术中谐波分析时存在栅栏效应的缺陷,根据本专利技术的一个方面,提出一种谐波分析仪。根据本专利技术实施例的谐波分析仪,包括:第一滤波设计模块,用于确定预设基频,根据预设基频为输入信号设计第一FIR梳状滤波器;第一滤波模块,用于通过第一FIR梳状滤波器对输入信号进行滤波,并确定滤波后信号的频率;基频确定模块,用于当滤波后信号的频率与预设基频之间的差值小于预设阈值时,将滤波后信号的频率作为输入信号的基频;第二滤波设计模块,用于根据基频确定谐波的频率,并为谐波设计第二FIR梳状滤波器;第二滤波模块,用于通过第二FIR梳状滤波器对输入信号进行滤波,确定谐波的信号参数,并将信号参数发送给谐波分析仪的处理单元,信号参数包括:信号幅值和信号相位角。优选的,第一滤波模块还用于:当滤波后信号的频率与预设基频之间的差值不小于预设阈值时,继续通过第一FIR梳状滤波器对滤波后信号进行滤波,直至再次滤波后信号的频率与预设基频之间的差值小于预设阈值;基频确定模块还用于:将再次滤波后信号的频率作为输入信号的基频。优选的,第一滤波模块包括:第一采集单元,用于获取滤波后信号的连续三次采样值x(k)、x(k+1)和x(k+2);第一计算单元,用于确定滤波后信号的频率为:其中Δt为采样时间间隔。优选的,第二滤波模块包括:第二采集单元,用于获取谐波的连续两次采样值xi(k)和xi(k+1);第二计算单元,用于确定谐波的信号幅值为:Xi=2|Ai|;确定谐波的信号相位角为:φi=angle(Ai);其中,fi为谐波的频率,Δt为采样时间间隔。优选的,第一滤波设计模块确定的第一FIR梳状滤波器和第二滤波设计模块确定的第二FIR梳状滤波器为FIR窗滤波器;对于采样序列x(k)=Xcos(2πfkΔt+φ),经过FIR窗滤波器进行滤波处理后:其中a=ej2πfΔt,为窗校正因子。优选的,当第二FIR梳状滤波器为FIR窗滤波器时,第二滤波模块包括:第三采集单元,用于获取谐波的连续两次采样值和x第三计算单元,用于确定谐波的信号幅值为:Xi=2|Ai|;确定谐波的信号相位角为:φi=angle(Ai);其中,fi为谐波的频率,Δt为采样时间间隔。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。下面通过附图和实施例,对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术,并不构成对本专利技术的限制。在附图中:图1为本专利技术实施例中谐波分析方法的流程图;图2为实施例一中谐波分析方法的流程图;图3为本专利技术实施例中谐波分析仪的结构图。具体实施方式下面结合附图,对本专利技术的具体实施方式进行详细描述,但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。根据本专利技术实施例,提供了一种基于谐波分析仪的电力谐波分析方法,参见图1所示,本专利技术实施例中,谐波分析方法的流程如下:步骤101:确定预设基频,根据预设基频为输入信号设计第一FIR梳状滤波器。该预设基频为输入信号的理论基频,比如电力信号基频的理论值为50Hz,则预设基频设为50Hz。预设基频主要用于设计第一FIR梳状滤波器以及与经过第一FIR梳状滤波器滤波处理后的信号的频率作比较。步骤102:通过第一FIR梳状滤波器对输入信号进行滤波,并确定滤波后信号的频率。第一FIR梳状滤波器可以滤掉各次谐波,只剩下输入信号的基波,因此滤波后信号主要由基波组成。步骤103本文档来自技高网...
一种基于谐波分析仪的电力谐波分析方法和谐波分析仪

【技术保护点】
一种基于谐波分析仪的电力谐波分析方法,其特征在于,包括:确定预设基频,根据所述预设基频为输入信号设计第一FIR梳状滤波器;通过所述第一FIR梳状滤波器对所述输入信号进行滤波,并确定滤波后信号的频率;当所述滤波后信号的频率与所述预设基频之间的差值小于预设阈值时,将所述滤波后信号的频率作为所述输入信号的基频;根据所述基频确定谐波的频率,并为所述谐波设计第二FIR梳状滤波器;通过所述第二FIR梳状滤波器对所述输入信号进行滤波,确定所述谐波的信号参数,并将所述信号参数发送给谐波分析仪的处理单元,所述信号参数包括:信号幅值和信号相位角。

【技术特征摘要】
1.一种基于谐波分析仪的电力谐波分析方法,其特征在于,包括:确定预设基频,根据所述预设基频为输入信号设计第一FIR梳状滤波器;通过所述第一FIR梳状滤波器对所述输入信号进行滤波,并确定滤波后信号的频率;当所述滤波后信号的频率与所述预设基频之间的差值小于预设阈值时,将所述滤波后信号的频率作为所述输入信号的基频;根据所述基频确定谐波的频率,并为所述谐波设计第二FIR梳状滤波器;通过所述第二FIR梳状滤波器对所述输入信号进行滤波,确定所述谐波的信号参数,并将所述信号参数发送给谐波分析仪的处理单元,所述信号参数包括:信号幅值和信号相位角;其中,所述确定滤波后信号的频率,包括:获取所述滤波后信号的连续三次采样值x(k)、x(k+1)和x(k+2);确定所述滤波后信号的频率为:其中Δt为采样时间间隔。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括:当所述滤波后信号的频率与所述预设基频之间的差值不小于预设阈值时,继续通过所述第一FIR梳状滤波器对所述滤波后信号进行滤波,直至再次滤波后信号的频率与所述预设基频之间的差值小于预设阈值,并将所述再次滤波后信号的频率作为所述输入信号的基频。3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述确定所述谐波的信号参数,包括:获取所述谐波的连续两次采样值xi(k)和xi(k+1);确定所述谐波的信号幅值为:Xi=2|Ai|;确定所述谐波的信号相位角为:φi=angle(Ai);其中,fi为所述谐波的频率,Δt为采样时间间隔。4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述第一FIR梳状滤波器和所述第二FIR梳状滤波器为FIR窗滤波器;对于采样序列x(k)=Xcos(2πfkΔt+φ),经过FIR窗滤波器进行滤波处理后:其中a=ej2πfΔt,为窗校正因子。5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述确定所述谐波的信号参数,包括:获取所述谐波的连续两次采样值和确定所述谐波的信号幅值为:Xi=2|Ai|;确定所述谐波的信号相位角为:φi=angle(Ai);其中,fi为所述谐波的频率,Δt为采样时间间隔。6.一种谐波分析仪,其特征在于,包括:第一滤波设计模块,用于确定预设基频,根据所述预设基频为输入信号设计第一FIR梳状滤波器...

【专利技术属性】
技术研发人员:李涛刘瑞徐鲲鹏皮学军贾伟亓学庆
申请(专利权)人:国家电网公司北京南瑞智芯微电子科技有限公司
类型:发明
国别省市:北京;11

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