双向插值同步化采样序列的FFT电力谐波检测方法技术

本发明专利技术公开了一种双向插值同步化采样序列的FFT电力谐波检测方法，包括：步骤1，互感器采样谐波信号得离散化的信号x(n)，对信号x(n)进行滤波处理获得基波信号x0(n)；步骤2，取十个连续周波的基波信号作为采样数据；步骤3，对采样数据进行正向牛顿插值得采样数据幅值第1次和第21次跨越阈值a的时刻位置，这两个时刻位置分别记为tstart和tend；步骤4，以时刻位置tstart和tend间的等分点为插值点，对采样数据进行反向牛顿插值，获得各插值点处的信号幅值，即获得同步化采样序列；步骤5，对同步化序列进行快速傅里叶变换。本发明专利技术可快速准确的检测信号谐波分量，可连续长期检测被测信号，具有良好的时效性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统谐波检测
，具体涉及一种双向插值同步化采样序列的FFT电力谐波检测方法。
技术介绍
电力系统中非线性负荷的大量增加，特别是电力电子装置的广泛应用，使电网中谐波成分增加，严重恶化了电能质量。配电网中出现谐波不仅可能会使电网内出现谐振现象，也会增加电机和变压器的损耗，使电力电缆老化加剧，寿命缩短。对谐波分量的快速、准确检测将有利于电能质量的分析和治理。快速傅里叶变换由于其成熟的理论和易于电网嵌入式实现的原因已成为目前电网谐波分析最主要的方法。但直接采用快速傅里叶变换对电网谐波进行分析时由于非整周期截取和非同步采样会产生频谱泄露和栅栏效应，严重影响信号参数测量结果的准确性，以至于无法达到谐波测量的国标要求。为解决上述问题，目前常用的谐波分析方法有：基于插值FFT法的谐波参数估计、基于FFT法的分次谐波测量与分析、基于FFT的高精度窗函数双谱线插值电力谐波分析法、矩形卷积窗法、三角卷积窗法等。然而，虽然加窗后再进行快速傅里叶分析可以有效减少频谱泄露，但由于窗函数的频域中存在大量旁瓣，并不能良好的对频谱泄露进行抑制，且幅频响应较大的旁瓣对原始信号中较弱的频率成分的检测有干扰作用。而具有优良旁瓣特性的窗函数又存在插值修正公式复杂、对谱线检测过程耗时长的缺点，严重影响时效性。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提出了一种双向牛顿插值同步化采样序列的FFT电力谐波检测方法。本专利技术在非同步采样情况下，利用正向插值计算得到信号基波周期，然后根据信号基波周期等间隔设置反向插值点位置，使得调整后的采样序列近似于同步采样情况下获得的采样序列，从而减小快速傅里叶分析时的频谱泄漏。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种双向插值同步化采样序列的FFT电力谐波检测方法，包括：步骤1，互感器采样谐波信号得离散化的信号x(n)，对信号x(n)进行滤波处理获得基波信号x0(n)；步骤2，取十个连续周波的基波信号作为采样数据，具体为：设置阈值a，检测基波信号x0(n)幅值跨越a的次数，第1次和第21次跨越阈值a间的数据即十个连续周波的基波信号，a为基波信号x0(n)峰值间的任意值；步骤3，对采样数据进行正向牛顿插值得采样数据幅值第1次和第21次跨越阈值a的时刻位置，这两个时刻位置分别记为tstart和tend；步骤4，以时刻位置tstart和tend间的N0个等分点为插值点，对采样数据进行反向牛顿插值，获得各插值点处的信号幅值，即获得同步化采样序列，N0＝f0/50Hz×10，f0为基波频率；步骤5，对同步化序列进行快速傅里叶变换。步骤1中，采用二阶巴特沃兹低通滤波器对信号x(n)进行滤波处理。作为优选，阈值a＝0。步骤3具体为：取采样数据幅值第1次跨越阈值a处前后各两个采样点数据进行正向牛顿插值，得时刻tstart；同理，取采样数据幅值第21次跨越阈值a处前后各两个采样点数据进行正向牛顿插值，得时刻tend，tstart和tend之差即采样数据的时域长度，即采样数据的整周期。步骤4具体为：对各插值点，利用分布于插值点前后各2个数据进行三阶反向牛顿插值，得各插值点处信号幅值，从而获得同步化采样序列。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：本专利技术通过检测基波频率变换情况下周波信号对应的采样数据长度，利用正向插值对周波信号进行准确整周期截取，利用反向插值在基波周期的等间隔位置设置插值点位置，使得调整后的采样序列近似于同步采样情况下获得的采样序列，从而减小快速傅里叶分析时的频谱泄漏。本专利技术易于工程实现，仅通过十个工频周期的采样数据进行简单的双向插值运算就能解决由于非整周期采样所带来的频谱泄露的问题。在电网基波频率小范围内变化的情况下，通过将变化频率的采样数据同步化到工频基波为50Hz的等长度序列上，可以提高快速傅里叶变换的运算效率，进而有较好的时效性。具体实施方式本专利技术的具体步骤如下：步骤1，采样谐波信号x(t)，获得离散化信号x(n)。互感器以固定频率f0对电力系统的信号进行采样，信号可以为电压信号或电流信号；将采样信号传输到合并单元按时段进行打包，通过数字化信息网络将信号x(n)传输到电能质量检测仪。步骤2，获得离散化信号x(n)的滤波处理，获得基波信号x0(n)。将离散化信号x(n)通过低通滤波器，得到电网基波频率在50±0.2Hz范围内变化的基波信号x0(n)，本具体实施中，低通滤波器为二阶巴特沃兹低通滤波器。步骤3，取十个连续周波的基波信号作为采样数据。本步骤具体为：设置阈值a，a可以设为基波信号x0(n)峰值间的任意值，由于不同阈值a会影响通过正向插值计算系统信号准确整周期的精度，通常设定a＝0以获得较高的计算精度。在电网基波频率变化的情况下，通过检测基波信号x0(n)幅值跨越阈值a的次数，第1次跨越阈值a和第21次跨越阈值a间的数据即十个连续周波的基波信号，其长度设为N。步骤4，对步骤3获得的采样数据进行正向牛顿插值。本步骤为公知技术，为便于理解，下面将对本步骤的一种具体实施方式进行详细说明。将长度为N的采样数据x0(n)幅值第1次和第21次跨越阈值a处分别记为起点和终点，在起点和终点两侧分别取2个数据，进行三阶的正向牛顿插值，得到起点和终点对应的时刻，即采样数据x0(n)幅值第1次和第21次跨越阈值a的时刻，分别记为tstart和tend。以牛顿插值算法为例，牛顿插值多项式可以表示为如下形式：P(x)＝f[x0]+f[x0,x1](x-x0)+f[x0,x1,x2](x-x0)(x-x1)+...(1)+f[x0,x1,...xn](x-x0)(x-x1)...(x-xn-1)式(1)中，xi表示第i个采样点在时间轴上位置，f(xi)表示第i个采样点的幅值，n为采样点数。k阶均差f[xi,xi+1,...,xi+k]=f[xi+1,...,xi+k]-f[xi,xi+1,...,xi+k-1]xi+k-xi,]]>其中，给定的数据(xi,f(xi))在插值区间[u,v]上有定义，i＝0,1,......N。若在函数类中存在简单函数P(x)，使得P(xi)＝f(xi)，则P(xi)为f(x)的插值函数，x1、x2、…、xn为插值节点，[u,v]为插值区间。设过阈值a两侧的四个采样点依次为kn-2、kn-1、kn、kn+1，使用3阶均差本文档来自技高网...

【技术保护点】
双向插值同步化采样序列的FFT电力谐波检测方法，其特征是，包括：步骤1，互感器采样谐波信号得离散化的信号x(n)，对信号x(n)进行滤波处理获得基波信号x0(n)；步骤2，取十个连续周波的基波信号作为采样数据，具体为：设置阈值a，检测基波信号x0(n)幅值跨越a的次数，第1次和第21次跨越阈值a间的数据即十个连续周波的基波信号，a为基波信号x0(n)峰值间的任意值；步骤3，对采样数据进行正向牛顿插值得采样数据幅值第1次和第21次跨越阈值a的时刻位置，这两个时刻位置分别记为tstart和tend；步骤4，以时刻位置tstart和tend间的N0个等分点为插值点，对采样数据进行反向牛顿插值，获得各插值点处的信号幅值，即获得同步化采样序列，N0＝f0/50Hz×10，f0为基波频率；步骤5，对同步化序列进行快速傅里叶变换。

【技术特征摘要】
1.双向插值同步化采样序列的FFT电力谐波检测方法，其特征是，包括：
步骤1，互感器采样谐波信号得离散化的信号x(n)，对信号x(n)进行滤波处理获得基波
信号x0(n)；
步骤2，取十个连续周波的基波信号作为采样数据，具体为：
设置阈值a，检测基波信号x0(n)幅值跨越a的次数，第1次和第21次跨越阈值a间的数
据即十个连续周波的基波信号，a为基波信号x0(n)峰值间的任意值；
步骤3，对采样数据进行正向牛顿插值得采样数据幅值第1次和第21次跨越阈值a的时
刻位置，这两个时刻位置分别记为tstart和tend；
步骤4，以时刻位置tstart和tend间的N0个等分点为插值点，对采样数据进行反向牛顿插值，
获得各插值点处的信号幅值，即获得同步化采样序列，N0＝f0/50Hz×10，f0为基波频率；
步骤5，对同步化序列进行快速傅里叶变换。
2.双向插值同步化采样序列的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文娟，刘开培，谭甜源，熊纽，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42