采样频率自适应的谐波检测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及智能电网技术领域，公开一种采样频率自适应的谐波检测方法及系统，以匹配IEC规定并提升整体的自适应性。本发明专利技术方法包括：利用DSP的AD转换器，采集电压和电流信号，根据IEC谐波检测标准，分别缓存10周期数据；针对缓存的数据点数N0，依据2

【技术实现步骤摘要】
采样频率自适应的谐波检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及智能电网
，尤其涉及一种采样频率自适应的谐波检测方法及系统。

技术介绍

[0002]电能质量领域包括电能质量治理和电能质量监测，对于电能质量治理装置而言，具备电能质量监测功能也必不可少。由于台区中存在开关器件和相关的设备，比如公变台区有电视机、空调等设备，专变台区有电弧炉等，因此线路中避免不了存在谐波电流。对于电能质量监测装置而言，设备主要具备监测功能，可以使用高速采样频率和高采样位数，保证检测精度。对于电能质量治理装置而言，在产品设计时主要以电能质量的治理功能为主，一些采样频率或者控制频率要考虑到治理功能。但是电能质量监测功能同样重要，在电能质量监测的参数中，谐波由于其频率高、变化复杂以及检测运算复杂度高等因素，成为比较难实现的检测参数。
[0003]现有的行业内电能质量治理设备对于谐波检测的方法以SDFT和SOGI等算法为主，存在与IEC规定的方法不兼容的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于公开一种采样频率自适应的谐波检测方法及系统，以匹配IEC规定并提升整体的自适应性。
[0005]为达上述目的，本专利技术公开一种采样频率自适应的谐波检测方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：利用DSP的AD转换器，采集电压和电流信号，并缓存至数组里，根据IEC谐波检测标准，分别缓存10周期数据；
[0007]步骤2：针对缓存的数据点数N0，依据2
m
或2
m/>的整数倍，确定要重采样的目标点数N；
[0008]步骤3：根据N0和N的关系，确定相应的重采样算法将N0点数据重采至N点；
[0009]步骤4：将重采样后的N个数据进行FFT运算，利用DSP的FFT函数快速求得，得到频率间隔为5Hz的各频率分量的实部和虚部结果，并求得各频率分量的幅值信息；
[0010]步骤5：根据IEC标准中的子组算法计算各次谐波含量，50Hz的整数倍谐波检测的相位作为该次谐波的相位。
[0011]优选地，当N0小于N时，所述步骤4具体包括：通过均匀抽点的方式，做至少两个低点数的FFT，再根据所需检测的频率，提取对应频率的低点数FFT计算结果，根据抽取的顺序依次乘以对应的系数，再将这几个乘系数后的结果相加得到等效为高点数FFT得到的该频率的结果。
[0012]优选地，当重采样点数不为2
m
时，对缓存数据进行分包处理，使得每一小包数据量为2
m
，然后对每一小包进行低点数FFT计算。
[0013]可选地，所述步骤1具体包括：对电压电流信号每个周期采样102.4个点，使得每10个周期采样1024个点。进一步地，所述步骤1以等间隔对缓存数据时进行缓存。
[0014]为达上述目的，本专利技术还公开一种采样频率自适应的谐波检测系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
[0015]本专利技术具有以下有益效果：
[0016]能结合内存使用量以及谐波检测需求的矛盾因素，对于一些谐波检测次数不是很高的工况下，缓存数据时可以隔几个点进行缓存，这样既能满足检测需求，又能提高内存效率。
[0017]考虑到采样频率不确定性，因此N选择最接近于N0的2
m
的整数倍，而N与N0之间的关系不确定，因此重采样功能包含升点数重采样和降点数重采样。
[0018]为保证FFT运算速度、FFT的运算精度以及内存使用量的平衡，或在重采样点数不为2
m
时，可以对缓存数据进行分包处理，每一小包数据量为2
m
，因此每一小包进行FFT运算，对运算后的数据进行处理，可以得到高点数重采样数据的FFT的运算结果。
[0019]下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0020]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0021]图1是专利技术实施例中一种采样频率自适应的谐波检测方法流程图。
[0022]图2是专利技术实施例中从高点数到低点数的重采样示意图。
[0023]图3是专利技术实施例中从低点数到高点数的重采样示意图。
[0024]图4是专利技术实施例中从低点数FFT转换至高点数FFT的算法流程图。
[0025]图5是专利技术实施例中谐波检测的子组算法示意图。
具体实施方式
[0026]以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0027]实施例1
[0028]本实施例公开一种采样频率自适应的谐波检测方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0029]步骤1：利用DSP的AD转换器，采集电压和电流信号，并缓存至数组里，根据IEC谐波检测标准，分别缓存10周期数据。
[0030]步骤2：针对缓存的数据点数N0，依据2
m
或2
m
的整数倍，确定要重采样的目标点数N。
[0031]步骤3：根据N0和N的关系，对信号进行不同方案的重采样算法，将N0点数据重采至N点，且保持误差较小。
[0032]步骤4：将重采样后的N个数据进行FFT运算，利用DSP的FFT函数快速求得，得到频率间隔为5Hz的各频率分量的实部和虚部结果，并求得各频率分量的幅值信息。
[0033]步骤5：根据IEC标准中的子组算法计算各次谐波含量，50Hz的整数倍谐波检测的相位作为该次谐波的相位。
[0034]重采样算法示意图见图2和图3，图2是从高点数到低点数的降点数重采样，图3是从低点数到高点数的升点数重采样，二者得到重采样数据的方式都是通过插值的方法，考
虑到算法实现的复杂性以及信号的随机性，因此插值采用简单的一阶线性插值方法，降点数重采样方法和升点数重采样方法的区别在于，如图2所示，对于降点数重采样方法而言，n≤k，重采样信号的个数逐次递增，但是所用到的X
k
会有不连续的情况；如图3所示，对于升点数重采样方法而言，n≥k，这就使得会出现Y
n
和Y
n+1
都在X
k
和X
k+1
之间的情况，因此两种重采样方案要分别进行实现。
[0035]考虑到DSP的实现以及重采样算法对于精度的影响，DSP芯片对于FFT运算所需的缓存和点数的局限性，并且谐波检测的最高次数一般为50次(即2.5kHz左右)，因此根据奈奎斯特采样定理，对电压电流信号每个周期采样102.4个点，即每10个周期采样1024个点就能保证FFT分析至50次谐波。因此，如图4所示，对于一些采样点数为2
m
的整数倍或者较高的2
m
个数的信号，可以通过均匀抽点的方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采样频率自适应的谐波检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：利用DSP的AD转换器，采集电压和电流信号，并缓存至数组里，根据IEC谐波检测标准，分别缓存10周期数据；步骤2：针对缓存的数据点数N0，依据2
m
或2
m
的整数倍，确定要重采样的目标点数N；步骤3：根据N0和N的关系，确定相应的重采样算法将N0点数据重采至N点；步骤4：将重采样后的N个数据进行FFT运算，利用DSP的FFT函数快速求得，得到频率间隔为5Hz的各频率分量的实部和虚部结果，并求得各频率分量的幅值信息；步骤5：根据IEC标准中的子组算法计算各次谐波含量，50Hz的整数倍谐波检测的相位作为该次谐波的相位。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当N0小于N时，所述步骤4具体包括：通过均匀抽点的方式，做至少两个低点数的FFT，再根据所需检测的频率，提...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵邈，万代，周恒逸，齐飞，朱吉然，段绪金，彭思敏，周卫华，李金亮，唐海国，由凯，羿敏，陈伟，杨淼，张帝，莫文慧，王邹俊，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司电力科学研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：