一种加窗谱线插值的电力系统频率计算方法技术方案

本发明专利技术提供了一种加窗谱线插值的电力系统频率计算方法，包括以下步骤：1)通过电压测量电路获得公共连接点的10个连续采样周期的电压采样数据；2)对电压采样数据进行时域加窗函数处理；3)对加窗后的数据进行局部离散傅里叶变换，获得特定谐波次数的电压幅值；4)对计算得到的特定电压幅值，在相邻两个最大幅值之间进行插值；5)通过多项式曲线拟合方法计算得到频率系数，从而确定电网的基波频率；本发明专利技术方法，对N个采样点加布莱克曼窗函数，并且只对指定的谐波频率进行局部离散傅里叶(DFT)变换，经试验证明，本发明专利技术方法抑制频谱泄漏效果好，计算速度快，计算过程简单、精度高、通用性强，可用于高精度电能计量和电能质量分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电能质量分析与控制领域，尤其是涉及一种加窗谱线插值的电力系统频率计算方法。
技术介绍
频率是电能生产、消费必须具备的质量检验指标，也是衡量电力系统运行状态的重要参数，是电力系统最主要的特征量之一，因此，频率测量是电力系统测量中十分重要的环节，若电网频率测量精度达不到要求将导致与频率相关的电气参数测量或计算严重偏离实际值。电网频率测量技术研究的意义首先在于电网频率是电能质量体系中的一个重要指标，其次电网频率测量不准将导致与频率相关的电气参数测量或计算出现较大误差；另外在电力系统中，一些高新技术的应用需要高精度频率测量作保证，同时它还是后续谐波分析的基础；频率测量主要基于硬件测频技术和软件测频技术；常用的软件测频算法有周期法(或称交零法)、解析法、误差最小化原理类算法、傅里叶算法、正交去调制法等；周期法在实时测量仪器中应用较多；实践证明周期法虽有原理简单、易于实现的优点，但其对噪声、谐波及间谐波的抗干扰能力较弱；快速傅里叶变换(FFT)易于在嵌入式数字信号系统中实现，是频率软件测量的常用方法，也是谐波分析的主要方法，但由于很难做到同步采样和整周期截断，存在频谱泄漏和栅栏效应现象，影响频率测量精度；基于以上原因，现有专利技术[CN101852826A]中，采用基于Blackman-Harris窗的四阶插值，对基波频率进行三次逼近；虽然精度达到要求，但该算法的计算复杂程度大大增加了，这对于实时性要求很高的电力系统检测装置而言是不允许的，且精度无法根据实际情况进行调整；同时，插值函数的阶次越高，计算精度有时未必就越高，使用阶次较高的Blackman-Harris窗插值得到的电力系统频率与真实频率相比，有时误差不小；而现有专利技术[CN104849545A]中，首先对电流信号采样，得到n时刻和n-1时刻的采样矩阵，最终通过求取电压电流矩阵的特征根来确定相位及其系统频率；实际系统中，由于电流信号初相角度变化通常较大，因此仅基于电流采样信号计算系统频率误差也较大，而且该方法需要求取电流矩阵的广义逆矩阵，明显加大了计算量，运行时间加长。
技术实现思路
针对现有技术中对电网系统频率的计算速度慢、精度低，本专利技术提供了一种加窗谱线插值的电力系统频率计算方法，可对电网系统频率实现精确快速计算。一种加窗谱线插值的电力系统频率计算方法，其中，包括以下步骤：1)采集获得公共连接点的10个连续工频周期的电压采样数据y(n)；式中n＝0,1,…..,N－1，其中，n为整数，表示当前采样点；N为正整数，表示所采样数据的总长度；之后，进入步骤2)；2)对步骤1)得到的电压采样数据y(n)进行时域加窗函数处理，采用三项系数二阶升余弦窗即布莱克曼窗函数对电压采样数据进行加窗处理，布莱克曼窗函数w(n)的时域表达式为： w ( n ) = 0.42 - 0.5 c o s ( 2 n π N - 1 ) + 0.08 c o s ( 2 π N - 1 2 n ) ]]>将步骤1)得到的电压采样数据y(n)和布莱克曼窗函数的离散序列相乘，即可得到加窗处理后的数据x(n)，具体如下式所示：x(n)＝y(n)w(n)3)对从步骤2)得到的加窗处理后的数据x(n)进行局部离散傅里叶变换，计算第9、第10和第11根谱线分量，局部离散傅里叶变换的计算公式为： X · ( 9 ) = [ 1 W N 9 ... W N 9 ( N - 1 ) ] x ( 0 ) x ( 1 ) . . . x ( N - 1 ) ]]> X · ( 11 ) = [ 1 W N 10 ... 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加窗谱线插值的电力系统频率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采集获得公共连接点的10个连续工频周期的电压采样数据y(n)；式中n＝0,1,…..,N－1，其中，n为整数，表示当前采样点；N为正整数，表示所采样数据的总长度；之后，进入步骤2)；2)对步骤1)得到的电压采样数据y(n)进行时域加窗函数处理，采用三项系数二阶升余弦窗即布莱克曼窗函数对电压采样数据进行加窗处理，布莱克曼窗函数w(n)的时域表达式为：w(n)=0.42-0.5cos(2nπN-1)+0.08cos(2πN-12n)]]>将步骤1)得到的电压采样数据y(n)和布莱克曼窗函数的离散序列相乘，即可得到加窗处理后的数据x(n)，具体如下式所示：x(n)＝y(n)w(n)3)对从步骤2)得到的加窗处理后的数据x(n)进行局部离散傅里叶变换，计算第9、第10和第11根谱线分量，局部离散傅里叶变换的计算公式为：X·(9)=[1WN9...WN9(N-1)]x(0)x(1)...x(N-1)]]>X·(11)=[1WN10...WN10(N-1)]x(0)x(1)...x(N-1)]]>X·(11)=[1WN11...WN11(N-1)]x(0)x(1)...x(N-1)]]>其中，k为整数，此处k＝9、k＝10、k＝11，即计算第9、第10和第11根谱线分量；j为虚数单位，e为自然指数函数的底数；和分别是第9、10和11根谱线分量，为复数形式，分别取绝对值即可得到第9、10和11谱线的幅值：X(9)=|X·(9)|]]>X(10)=|X·(10)|]]>X(11)=|X·(11)|]]>4)由于理想电力基波频率为50Hz，实际电力频率在50Hz周围变化，步骤3)计算得到的第9、10和11根谱线对应幅值X(9)、X(10)和X(11)中，X(10)是最大的，作为最大值Xmax1＝X(10)，令常数kmax1＝10；再选出X(9)和X(11)中的较大值，作为次大值Xmax2，则：当X(9)>X(11)时，Xmax2＝X(9)，令常数kmax2＝9；当X(9)<X(11)时，Xmax2＝X(11)，令常数kmax2＝11；设km是电力系统实际频率所对应的谱线系数，令α＝km‑kmax1‑0.5，在最大值Xmax1和次大值Xmax2之间进行插值，插值的表达式为：β=X(kmax1)-X(kmax2)X(kmax1)+X(kmax2)=|w(2π(k1-km)/N)|-|w(2π(k2-km)/N)||w(2π(k1-km)/N)|+|w(2π(k2-km)/N)|]]>其中β是比例参数，w(2πf)是布莱克曼窗函数。由于X(kmax1)和X(kmax2)是已知的，可以计算出β值；5)对步骤4)得到的β表达式，计算电力系统实际频率所对应的谱线系数km＝α+kmax1+0.5，其中：α＝1.960β+0.153β3+0.074β5则电网电压的实际频率为fm＝5*km。...

【技术特征摘要】
1.一种加窗谱线插值的电力系统频率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采集获得公共连接点的10个连续工频周期的电压采样数据y(n)；式中n＝0,1,…..,N－1，其中，n为整数，表示当前采样点；N为正整数，表示所采样数据的总长度；之后，进入步骤2)；2)对步骤1)得到的电压采样数据y(n)进行时域加窗函数处理，采用三项系数二阶升余弦窗即布莱克曼窗函数对电压采样数据进行加窗处理，布莱克曼窗函数w(n)的时域表达式为： w ( n ) = 0.42 - 0.5 cos ( 2 n π N - 1 ) + 0.08 cos ( 2 π N - 1 2 n ) ]]>将步骤1)得到的电压采样数据y(n)和布莱克曼窗函数的离散序列相乘，即可得到加窗处理后的数据x(n)，具体如下式所示：x(n)＝y(n)w(n)3)对从步骤2)得到的加窗处理后的数据x(n)进行局部离散傅里叶变换，计算第9、第10和第11根谱线分量，局部离散傅里叶变换的计算公式为： X · ( 9 ) = [ 1 W N 9 ... W N 9 ( N - 1 ) ] x ( 0 ) x ( 1 ) . . . x ( N - 1 ) ]]> X · ( 11 ) = [ 1 W N 10 ... W N 10 ( N - 1 ) ] x ( 0 ) x ( 1 ) . . . x ( N - 1 ) ]]> X · ( 11 ) = [ 1 W N 11 ... W N 11 ( N - 1 ) ] ...

【专利技术属性】
技术研发人员：林顺富，胡飞，顾春艳，高健飞，陈中奎，许亮峰，
申请(专利权)人：北京妙微科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11