一种准确测量非正弦电压信号的方法及其系统技术方案

本发明专利技术提供一种准确测量非正弦电压信号的方法及其系统，该方法包括步骤：根据待测的非正弦波信号的采样值，确定n个阶梯波台阶的电压值；并据此产生阶梯波信号，将非正弦波信号与阶梯波信号做等间隔差分采样，得出差分值；将差分值与阶梯波台阶的电压值相加，在第k次谐波中，对每个阶梯波台阶上从第s到第t个的采样点进行离散傅立叶变换计算，再将所有离散傅立叶变换计算的结果进行平均计算得到相应的伪正弦系数a'k和伪余弦系数b'k，其中s、t满足条件t-s+1＝m/2,且t+s＝m；根据方程组(1)(2)计算第k次谐波中的真正弦系数ak和真余弦系数bk。本发明专利技术提供了一系列测量非正弦电压信号理论和技术，具有较高的测量准确度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种准确测量非正弦电压信号的方法及其系统，该方法包括步骤：根据待测的非正弦波信号的采样值，确定n个阶梯波台阶的电压值；并据此产生阶梯波信号，将非正弦波信号与阶梯波信号做等间隔差分采样，得出差分值；将差分值与阶梯波台阶的电压值相加，在第k次谐波中，对每个阶梯波台阶上从第s到第t个的采样点进行离散傅立叶变换计算，再将所有离散傅立叶变换计算的结果进行平均计算得到相应的伪正弦系数a'k和伪余弦系数b'k，其中s、t满足条件t-s+1＝m/2,且t+s＝m；根据方程组(1)(2)计算第k次谐波中的真正弦系数ak和真余弦系数bk。本专利技术提供了一系列测量非正弦电压信号理论和技术，具有较高的测量准确度。【专利说明】一种准确测量非正弦电压信号的方法及其系统
本专利技术涉及非正弦电压信号的测量，尤其涉及一种准确测量非正弦电压信号的方 法及其系统。
技术介绍
由于电力工业的发展，对电网上的谐波的监视与控制受到广泛的重视，进而对电 机、家用电器等用电产品提出质量要求，不产生工频以外的谐波分量以污染电网。由此非 正弦波的测量受到越来越多的开发应用。目前该领域最好的水平在3ΧΚΓ 5左右，一般在 1ΧΚΓ3水平。 由于可编程约瑟夫森电压基准的出现，交流电压有向其溯源的趋势。美国国家计 量院NIST提出并实现了正弦波向可编程约瑟夫森电压基准的溯源。具体是采用差分采样 技术，测量待测正弦波与一个由可编程约瑟夫森电压基准构成的阶梯波的差值。由于可编 程约瑟夫森电压基准有高达1(Γ 1(Ι水平的准确度，而两个信号的差值可以控制在一个较小的 范围内（如1(Γ3至1(Γ 2)，因而采样测量的要求如能有（1(Γ5至1(Γ6)水平，整体即可达1(Γ 8 水平。NIST提出的方法，其中一个重要的思想是把位于过渡过程处采样数据丢弃不用，而把 位于平坦的台阶上采样数据保留，用于计算得到测量结果，从而在（60-400)Hz范围内达到 了（10_ 8 ?10_7)水平。 但是上述技术一般只适用于正弦波，用于非正弦波存在欠缺。这是因为正弦波与 阶梯波的差分中，由于阶梯起始部分过渡过程的存在，使测量产生较大的误差，为此他们将 位于过渡过程的采样丢弃，而把平坦部分的采样留下，即丢一半，留一半。如果阶梯波有η 个台阶的话，那么留下η个采样。按照采样定理，可以分析至η/2次谐波，这对非正弦波测 量是不够的。
技术实现思路
本专利技术的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或 者可通过实践本专利技术而学习。 为克服现有技术的问题，本专利技术提供一种准确测量非正弦电压信号的方法及其系 统，以多点离散傅里叶变换为基础计算得到相应的伪正弦系数a' k和伪余弦系数b' k，并对 该结果以矩阵关系式加以校正，计算k次谐波中的真正弦系数ak和真余弦系数b k，最终得 到各次谐波的幅值和相角。 本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下： 根据本专利技术的一个方面，提供一种准确测量非正弦电压信号的方法，其特征在于， 包括步骤： S1、根据待测的非正弦波信号的采样值，确定η个阶梯波台阶的电压值； S2、根据η个该阶梯波台阶的电压值产生阶梯波信号，将该非正弦波信号与该阶 梯波信号做等间隔差分采样，得出差分值，其中每个该阶梯波台阶上有m个采样点； S3、将该差分值与该阶梯波台阶的电压值相加，在第k次谐波中，对每个该阶梯波 台阶上从第s到第t个的采样点进行离散傅立叶变换计算，再将所有该离散傅立叶变换计 算的结果进行平均计算得到相应的伪正弦系数a' k和伪余弦系数b'k，其中s、t满足条件 t-s+1 = m/2,且 t+s = m ; S4、计算第k次谐波中的真正弦系数ak和真余弦系数bk ;其中该真正弦系数ak与 伪正弦系数a' k满足方程组（1)，该真余弦系数bk与伪余弦系数b' k满足方程组（2)，解这 两个方程组，即可获得该真正弦系数ak和真余弦系数b k ; 【权利要求】1. 一种准确测量非正弦电压信号的方法，其特征在于，包括步骤： 51、 根据待测的非正弦波信号的采样值，确定η个阶梯波台阶的电压值； 52、 根据η个所述阶梯波台阶的电压值产生阶梯波信号，将所述非正弦波信号与所述 阶梯波信号做等间隔差分采样，得出差分值，其中每个所述阶梯波台阶上有m个采样点； 53、 将所述差分值与所述阶梯波台阶的电压值相加，在第k次谐波中，对每个所述阶梯 波台阶上从第s到第t个的采样点进行离散傅立叶变换计算，再将所有所述离散傅立叶变 换计算的结果进行平均计算得到相应的伪正弦系数a' k和伪余弦系数b' k，其中s、t满足条 件 t_s+l = m/2，且 t+s = m ; 54、 计算第k次谐波中的真正弦系数ak和真余弦系数bk ;其中所述真正弦系数ak与伪 正弦系数a' k满足方程组（1)，所述真余弦系数bk与伪余弦系数b' k满足方程组（2)，解这 两个方程组，即可获得所述真正弦系数ak和真余弦系数b k ;在所述方程组（1)中，当k < n/2时，在所述方程组（2)中，当k < n/2时，2. 根据权利要求1所述准确测量非正弦电压信号的方法，其特征在于，为了更精准地 确定η个所述阶梯波台阶的电压值，所述步骤S1具体包括步骤： D1、根据预定的参数n、m测量所述非正弦波信号的采样数据，每m个采样数据分为一 组，共η组，将每组位于预定的参数s、t中间的点上的采样数据作为一个阶梯波台阶的初步 电压值，分别得出η个阶梯波台阶的初步电压值； D2、根据η个所述阶梯波台阶的初步电压值产生相应的初步阶梯波信号，测量所述非 正弦波信号与所述初步阶梯波信号的差分值； D3、观察所述步骤D2中的差分值，并判断每组位于预定参数s、t中间的点上的差分值 是否符合比较小的要求，如果不符合要求，则将所述步骤D2中的差分值作为校正值补偿到 已得出的η个阶梯波台阶的初步电压值中重新作为阶梯波台阶的初步电压值； D4、重复步骤D2、D3,直至符合所述步骤D3要求，将所述阶梯波台阶的初步电压值确定 为所述阶梯波台阶的电压值。3. 根据权利要求1所述准确测量非正弦电压信号的方法，其特征在于，在所述步骤S3 中，相应的平均计算及其傅立叶变换计算公式为其中sink(i，j)表示k阶正弦基函数，位于第i个台阶上的第j个采样点。4. 根据权利要求1所述准确测量非正弦电压信号的方法，其特征在于，在所述步骤S2 或S3中，每个所述阶梯波台阶上的采样点依次表示为0,1，2,…，m-Ι ;其中m为一般为大 于4小于100的整数。5. 根据权利要求1所述准确测量非正弦电压信号的方法，其特征在于，在所述步骤S3 中所述阶梯波台阶的电压值是由数字电压表逐个测量所述阶梯波信号的每个阶梯波台阶 的电压值得到的，用于与所述步骤S2中的所述差分值相加。6. -种准确测量非正弦电压信号的系统，其特征在于，包括： 信号源，用于产生待测的非正弦波信号； 第二模数转换器，用于对所述非正弦波信号进行采样测量； 对位模块，与所述第二模数转换器相连，用于根据非正弦波信号采样值确定η个阶梯 波台阶的电压值； 数模转换器，与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种准确测量非正弦电压信号的方法，其特征在于，包括步骤：S1、根据待测的非正弦波信号的采样值，确定n个阶梯波台阶的电压值；S2、根据n个所述阶梯波台阶的电压值产生阶梯波信号，将所述非正弦波信号与所述阶梯波信号做等间隔差分采样，得出差分值，其中每个所述阶梯波台阶上有m个采样点；S3、将所述差分值与所述阶梯波台阶的电压值相加，在第k次谐波中，对每个所述阶梯波台阶上从第s到第t个的采样点进行离散傅立叶变换计算，再将所有所述离散傅立叶变换计算的结果进行平均计算得到相应的伪正弦系数a'k和伪余弦系数b'k，其中s、t满足条件t‑s+1＝m/2,且t+s＝m；S4、计算第k次谐波中的真正弦系数ak和真余弦系数bk；其中所述真正弦系数ak与伪正弦系数a'k满足方程组(1)，所述真余弦系数bk与伪余弦系数b'k满足方程组(2)，解这两个方程组，即可获得所述真正弦系数ak和真余弦系数bk；Akakan-kan+k=a′ka′n-ka′n+k]]>……方程组(1)；Bkbkbn-kbn+k=b′kb′n-kb′n+k]]>……方程组(2)；在所述方程组(1)中，当k＜n/2时，Ak=12mcosecπm-2mcosecπm2mcosecπm10-2mcosecπm01;]]>当k＝n/2时，An2=1+2mcosecπm0-2mcosecπm010-2mcosecπm01-2mcosecπm;]]>在所述方程组(2)中，当k＜n/2时，Bk=1-2mcosecπm-2mcosecπm-2mcosecπm10-2mcosecπm01;]]>当k＝n/2时，Bn2=1-2mcosecπm001.]]>...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆祖良，王磊，杨雁，黄璐，贺青，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11