一种非同步高采样率采样条件下谐波间谐波群测量方法技术

本发明专利技术公开了一种在非同步采样条件高采样率下谐波间谐波群的测量方法，以下步骤：S1、对输入电压或电流信号进行采样、得到离散信号序列并进行数据预处理；S2、对采样信号进行非同步采样，加Hanning窗进行DFT变换；S3、获取并分析采样信号频谱关系，得到采样信号的基波角频率、各次谐波与间谐波所对应的角频率，以及谐波与间谐波个数；S4、进行谐波群和间谐波群分组，按照本发明专利技术谐波间谐波均方根值计算公式进行谐波有效值计算。最后根据算例验证，本发明专利技术大大提高了非同步采样条件下谐波间谐波群测量的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种非同步高采样率采样条件下谐波间谐波群测量方法
本专利技术涉及电能质量测量的
，具体是一种非同步高采样率采样条件下谐波间谐波群测量方法。
技术介绍
电能质量监测是建设先进智能电网的重要一环，其中谐波、间谐波参数是衡量电能质量优劣的一项重要指标。随着现代电力电子技术的发展,非线性电力负荷在电力系统中大大增加。这些非线性负荷都会引起电网电压畸变,产生电网谐波。电网谐波对继电保护、计算机、测量和计量仪器以及通信系统等都有不利和不可预知的影响。谐波“污染”大大增加了电网中发生谐振的可能,从而产生过电压或过电流,降低了电网的可靠性,增加了电网损失,降低了电气设备的效率和利用率,使电气设备运行不正常,加速绝缘老化,缩短设备的使用寿命等许多不良后果。所以对谐波的实时准确测量才能反映出电网的运行状态,并依此分析出电网的电能质量,对影响电能质量的环节进行相应的处理。IEC61000-4-7标准中规定，对于50Hz系统，同步采样时使用10个基频周波的矩形窗，非同步条件下采用10个基频周波的Hanning窗。对于同步采样的矩形加窗情况，IEC给出了谐波群、谐波子群、间谐波群、间谐波子群的概念；而在非同步条件下，IEC没有给出具体的分析方法和计算公式。故在考虑到谐波、间谐波各自影响和相互影响以及IEC规定的非同步条件下采用加Hanning窗的情况下，提出一种在非同步高采样率采样条件下谐波间谐波群具体分析方法和计算公式，提高测量精度和可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在非同步采样条件高采样率下谐波与间谐波群的分析测量方法，包括以下步骤：S1：预处理：对样本信号进行采样，通过电压互感器和电流互感器从交流电网上获取电网电压和电网电流的样本数据，然后通过A/D转换器将样本数据由模拟信号转换为离散的数字信号，执行S2；S2：对转换为数字信号的采样信号加Hanning窗减小频谱泄漏，使用插值方法消除栅栏效应，再进行非同步采样后进行DFT变换得到频谱关系，执行S3；S3：从经DFT变换后得到的频谱关系中得到采样信号的基波角频率、各次谐波与间谐波所对应的角频率，以及谐波与间谐波个数，执行S4；S4、进行谐波群间谐波群的分组以及进行谐波有效值计算。进一步的，所述的所述S1包括以下步骤：S11：获取交流电网某一时段T内的电压电流数据，经过电压互感器和电流互感器后转换成电压信号，执行S12；S12：对上述电压信号进行采样，采样频率为非同步高采样率，然后通过A/D转换器得到离散采样信号序列，执行S13；S13：对所述离散采样信号序列进行数据预处理。进一步的，所述S13中的数据预处理包括对离散采样信号序列进行降噪及白化处理。进一步的，所述S2中，对采样信号加Hanning窗进行DFT变换，对所述信号进行加窗DFT变换后，在谱线k处的频谱值为：式中βi＝fi/Δf为单位化频率值，Δf为采样窗长为N时对应的频率分辨率，W(*)表示对应加窗的窗谱函数；一般采样窗口长度N＞＞1,Hanning窗谱函数为：则谱线k处的频谱值为：进一步的，所述S3还包括以下步骤：S31得到采样信号频谱关系，执行S32；S32对采样信号频谱关系进行分析，得到基波角频率、各次谐波和间谐波的角频率以及谐波和间谐波的个数。进一步的，所述S4还包括以下步骤：S41对采样信号频谱进行分组，分为谐波群和间谐波群，执行S42；S42根据谐波群有效值计算模型获取谐波有效值，由于时域加窗会引起信号能量的衰减，根据帕塞瓦尔定理(Parseval’srelation)，时域信号的总能量等于其频域信号的总能量，引入Hanning窗的能量恢复系数Ke＝8/3；具体的，谐波群Yg,h有效值定义：式中表示谱线号i对应的频谱电压有效值；h——谐波次数，上式表明谐波群利用了5根谱线进行计算，其频谱计算示意图如附图2所示，执行S43；S43根据间谐波群计算模型获取间谐波有效值，同样，引入Hanning窗的能量恢复系数Ke＝8/3；具体的，间谐波群Yig,h有效值定义：式中表示谱线号i对应的频谱电压有效值；h为间谐波次数。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过对经DFT变换后的采样信号进行频谱分析，准确得到了各次谐波与间谐波所对应的频率，避免了基于DFT的算法在求取间谐波频率时产生的频谱混叠、频谱泄露等问题，提高了识别间谐波频率的精度。2、本专利技术基于IEC测量标准框架下，提出了在非同步采样时的谐波、间谐波分组测量方法,具有谐波间谐波精确测量的优点。附图说明图1为本专利技术的流程示意图；图2为本专利技术的谐波群频谱计算示意图；图3为本专利技术的间谐波群频谱计算示意图；图4为本专利技术的算例IEC方法(加矩形窗)对应频谱图；图5为本专利技术的算例使用本专利技术方法(加Hanning窗)对应频谱图。具体实施方式下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。为实现在非同步高采样率采样条件下对谐波间谐波的精准测量，本专利技术提供了一种谐波间谐波群有效值计算方法。以电网信号为例，如附图1所示为本专利技术所提供的谐波与间谐波群测量方法流程图。具体的，本专利技术提供的一种谐波间谐波群测量方法包括以下步骤：S1：对数据进行预处理。首先进行样本采样，获取交流电网某一时段T内的电压电流数据，所述数据经过电压互感器和电流互感器后转换成电压信号。对上述电压信号进行采样，所述采样频率为非同步高采样率，然后通过A/D转换器得到离散采样信号序列。对所述离散数字信号序列进行数据预处理。S2：对采样信号加Hanning窗和使用插值方法来有效的减小频谱泄漏和消除栅栏效应，之后进行10周波DFT变换得到频谱关系。S3：基于10周波加Hanning窗的DFT频谱变换，根据获得的采样信号频谱关系得到基波角频率，各次谐波和间谐波的角频率，以及谐波和间谐波的个数。进行谐波群间谐波群的分组以及根据计算模型进行有效值计算。优选地，采样信号的形式如下所示：式中Δt为单位采样间隔，M为谐波与间谐波的个数，fi为对应分量的频率，Ai为对应分量波形的幅值、为对应分量的相位，n＝0、1、…、N-1，N为采样窗口长度。非同步采样条件下，采样频率fs＝12876Hz，采样周波为Mt＝10周波，每周波采样点数为N＝2560点，基波频率为50.3Hz，各次谐波、间谐波参数理论值如表1所示：表1同步采样时各谐波间谐波参数理论值为更好的表现本专利技术测量谐波间谐波的准确度，在进行非同步采样信号加Hanning窗DFT变换之前，使用IEC方法加矩形窗DFT对谐波间谐波进行测量。当N＞＞1时矩形窗谱函数的表达式：同样的，对电网信号进行DFT变换后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在非同步采样条件高采样率下谐波与间谐波群的分析测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：预处理：对样本信号进行采样，通过电压互感器和电流互感器从交流电网上获取电网电压和电网电流的样本数据，然后通过A/D转换器将样本数据由模拟信号转换为离散的数字信号，执行S2；/nS2：对转换为数字信号的采样信号加Hanning窗减小频谱泄漏，使用插值方法消除栅栏效应，再进行非同步采样后进行DFT变换得到频谱关系，执行S3；/nS3：从经DFT变换后得到的频谱关系中得到采样信号的基波角频率、各次谐波与间谐波所对应的角频率，以及谐波与间谐波个数，执行S4；/nS4、进行谐波群间谐波群的分组以及进行谐波有效值计算。/n

【技术特征摘要】
1.一种在非同步采样条件高采样率下谐波与间谐波群的分析测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：预处理：对样本信号进行采样，通过电压互感器和电流互感器从交流电网上获取电网电压和电网电流的样本数据，然后通过A/D转换器将样本数据由模拟信号转换为离散的数字信号，执行S2；
S2：对转换为数字信号的采样信号加Hanning窗减小频谱泄漏，使用插值方法消除栅栏效应，再进行非同步采样后进行DFT变换得到频谱关系，执行S3；
S3：从经DFT变换后得到的频谱关系中得到采样信号的基波角频率、各次谐波与间谐波所对应的角频率，以及谐波与间谐波个数，执行S4；
S4、进行谐波群间谐波群的分组以及进行谐波有效值计算。


2.根据权利要求1所述的一种在非同步采样条件高采样率下谐波与间谐波群的分析测量方法，其特征在于，所述的所述S1包括以下步骤：
S11：获取交流电网某一时段T内的电压电流数据，经过电压互感器和电流互感器后转换成电压信号，执行S12；
S12：对上述电压信号进行采样，采样频率为非同步高采样率，然后通过A/D转换器得到离散采样信号序列，执行S13；
S13：对所述离散采样信号序列进行数据预处理。


3.根据权利要求2所述的一种非同步高采样率采样条件下谐波间谐波群测量方法，其特征在于，所述S13中的数据预处理包括对离散采样信号序列进行降噪及白化处理。


4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种非同步高采样率采样条件下谐波间谐波群测量方法，其特征在于，所述S2中，对采样信号加Hanning窗进行DFT变换，对所述信号进行加窗DFT变换后，在谱线k处的频谱值为...

【专利技术属性】
技术研发人员：常潇，李慧蓬，赵军，张世锋，高乐，唐保国，胡晓岑，刘翼肇，王锬，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司电力科学研究院，国网山西省电力公司，国网福建省电力有限公司电力科学研究院，四川大学，
类型：发明
国别省市：山西;14