一种跟频插值采样的信号测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种跟频插值采样的信号测量方法及系统，包括：获取在时间上、幅值上都连续的模拟信号，转换成时间上离散、但幅值上仍连续的离散数字信号；利用离散数字信号的极大值和极小值计算出离散数字信号的直流分量，确定去除此直流分量后离散数字信号的估算频率范围，获得精确测量信号频率；按预设插值频率确定插值脉冲时刻，在插值脉冲时刻，将离散数字信号插值为基于精确测量信号频率的跟频离散采样数据；对跟频离散采样数据进行傅氏变换，得到模拟信号的幅值和相位，结合精确测量信号频率，得到最终的模拟信号特征量。优点：精度高、实时性强、对系统的算力要求低，可应用于各种对系统信号频率敏感的保护装置，为保护算法提供数据支撑。法提供数据支撑。法提供数据支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种跟频插值采样的信号测量方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种跟频插值采样的信号测量方法及系统，属于电力系统


技术介绍

[0002]电力系统的信号频率一般均为工频50Hz，但是非工频信号常常出现在系统中，影响系统稳定。系统中将信号频率作为判断依据的保护装置有输配电系统的低周减载保护装置，稳定控制保护装置，发电系统的发电机保护装置，分布式能源系统的分布式能源并网接口保护装置、电动机保护装置等等。这些保护装置对系统的频率比较敏感，需要信号的频率、幅值和相位作为保护判断依据。
[0003](1)通常输配电系统的信号频率变化幅度小，基本在工频50Hz左右0.5Hz。采样系统通过硬件测频器首先采用比较器将周期正弦信号变为同频周期方波信号获得信号频率，然后采用高频脉冲测量方波信号信号周期，最后确定原始信号频率。同时，采样系统基于工频50Hz计算得出信号幅值和相位，作为原始信号的近似幅值和相位。从而获得原始信号的频率、幅值、相位等特征信息。
[0004](2)通常发电和分布式能源系统频率变化幅度大。采样系统首先基于工频50Hz计算信号相位，再通过检测每个工频周期时间点的信号相位偏移量，推测出原始信号的频率。最后由频率偏移补偿的傅氏算法，计算出信号的幅值。
[0005](3)高精度的测频方法有小波分析法、信号去调制法、函数解析法、函数逼近算法(如最小二乘法、卡尔曼滤波算法)及人工神经网络法等数学算法。
[0006]技术方法(1)需要测频需要硬件支持，实际应用中需要设计特殊的硬件回路，设计成本较高。同时引入了估算方式，信号特征信息的精确度不高。
[0007]技术方法(2)在测频阶段需要多周期测量，实时性较低，同时频率推算基于工频的相位，精度也有损失，从而导致后期的信号特征信息计算的的精确度均不高。
[0008]技术方法(3)的计算量较大，对装置硬件的算力较高要求，同时测频的实时性也有欠缺。

技术实现思路

[0009]本专利技术方法针对变频状态下的电力系统信号特征量获取精度低，实时性差的问题，提供一种跟频插值采样的信号测量方法及系统。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种跟频插值采样的信号测量方法，包括：
[0011]获取在时间上、幅值上都连续的模拟信号，将时间上、幅值上都连续的模拟信号转换成时间上离散、但幅值上仍连续的离散数字信号；
[0012]获取所述离散数字信号的极大值和极小值，利用离散数字信号的极大值和极小值计算出离散数字信号的直流分量，并从离散数字信号中去除此直流分量，然后运用过零点测频法确定去除此直流分量后离散数字信号的估算频率范围，利用连续点测频方法结合估算频率范围快速实时获得精确测量信号频率；
[0013]根据精确测量信号频率和预先确定的采样点数确定插值脉冲时刻，在所述插值脉冲时刻，利用线性插值算法将离散数字信号插值为基于所述精确测量信号频率的跟频离散采样数据；
[0014]对所述跟频离散采样数据进行傅氏变换计算，得到模拟信号的幅值和相位，结合精确测量信号频率，得到最终的模拟信号特征量。
[0015]进一步的，所述获取在时间上、幅值上都连续的模拟信号，将时间上、幅值上都连续的模拟信号转换成时间上离散、但幅值上仍连续的离散数字信号，包括：
[0016]根据预先获取的需求将时间上、幅值上都连续的模拟信号，在采样脉冲的作用下，转换成时间上离散、但幅值上仍连续的离散数字信号，记录每个离散信号的时间和数值，记录为(x,y)，预设定一个信号周期内的采样点数为M点。
[0017]进一步的，当所述利用离散数字信号的极大值和极小值计算出离散数字信号的直流分量，并从离散数字信号中去除此直流分量，然后运用过零点测频法确定去除此直流分量后离散数字信号的估算频率范围，利用连续点测频方法结合估算频率范围快速实时获得精确测量信号频率，包括：
[0018]步骤3.1：直流分量统计，包括：统计信号预设周期T内采样数据大于0和小于0的采样点个数m1和m2，如果m1或者m2大于M*4/5，则进行步骤3.2，否者进行步骤3.3，统计时同时记录采样点最大值y
max
和最小值y
min
，其中预定周期跟随频率改变；
[0019]步骤3.2：获得直流分量y
z
，包括：根据式(1)计算获得直流分量值y
z
，初始y
z
＝0，进行步骤3.3；
[0020][0021]步骤3.3：去除直流分量，包括：根据式(2)原始离散采样数据点y
s
去除直流分量值y
z
后在进行步骤3.4；
[0022]y＝y
s
‑
y
z
ꢀꢀ
(2)
[0023]步骤3.4：确定正向过零点，包括：寻找两连续采样点(x1,y1)和(x2,y2)满足y1<0并且y2>0，并采用式(3)获得正向过零点的时刻x
01
，t
s
为采样间隔时间，进行步骤3.5；
[0024][0025]步骤3.5：确定下一个负向过零点，包括：寻找第一组两连续采样点(x3,y3)和(x4,y4)满足y3>0并且y4<0，并采用式(4)获得负向过零点的时刻x
02
，t
s
为采样间隔时间，进行步骤3.6；
[0026][0027]步骤3.6：判断是否为干扰信号，如果正向过零点的时刻x
01
和负向过零点的时刻x
02
的时间差大于预定周期T的六分之一则进入步骤3.7，并且将时间差(x
02
‑
x
01
)记为半周期T
h
，否则认定为干扰信号丢弃计算结果，重新进入步骤3.4；
[0028]步骤3.7：获得多组半周期T
h
，包括：累计计算获得n+2个有效的半周期T
h
，去除n+2个结果的最大值和最小值，剩余n个有效的半周期T
h
，进入步骤3.8；
[0029]步骤3.8：获得估算周期T
e
，包括：根据n个有效的半周期T
h
计算平均值更新信号预
设周期T，更新后的信号预设周期T为估算周期T
e
，
[0030]根据估算周期T
e
计算估算频率F
e
，如式(5)和式(6)，进入步骤3.9；
[0031][0032][0033]步骤3.9：连续点测频方法，包括：实时获取3个连续采样点，此3个点的相位差如公式(7)，连续采样的数据为公式(8)，由公式(9)可知各数值间的关系，由公式(9)得公式(10)，由公式(7)得公式(11)，由公式(10)和公式(11)得公式(12)，由公式(12)计算得到信号频率，进入步骤3.1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种跟频插值采样的信号测量方法，其特征在于，包括：获取在时间上、幅值上都连续的模拟信号，将时间上、幅值上都连续的模拟信号转换成时间上离散、但幅值上仍连续的离散数字信号；获取所述离散数字信号的极大值和极小值，利用离散数字信号的极大值和极小值计算出离散数字信号的直流分量，并从离散数字信号中去除此直流分量，然后运用过零点测频法确定去除此直流分量后离散数字信号的估算频率范围，利用连续点测频方法结合估算频率范围快速实时获得精确测量信号频率；根据精确测量信号频率和预先确定的采样点数确定插值脉冲时刻，在所述插值脉冲时刻，利用线性插值算法将离散数字信号插值为基于所述精确测量信号频率的跟频离散采样数据；对所述跟频离散采样数据进行傅氏变换计算，得到模拟信号的幅值和相位，结合精确测量信号频率，得到最终的模拟信号特征量。2.根据权利要求1所述的跟频插值采样的信号测量方法，其特征在于，所述获取在时间上、幅值上都连续的模拟信号，将时间上、幅值上都连续的模拟信号转换成时间上离散、但幅值上仍连续的离散数字信号，包括：根据预先获取的需求将时间上、幅值上都连续的模拟信号，在采样脉冲的作用下，转换成时间上离散、但幅值上仍连续的离散数字信号，记录每个离散信号的时间和数值，记录为(x,y)，预设定一个信号周期内的采样点数为M点。3.根据权利要求2所述的跟频插值采样的信号测量方法，其特征在于，当所述利用离散数字信号的极大值和极小值计算出离散数字信号的直流分量，并从离散数字信号中去除此直流分量，然后运用过零点测频法确定去除此直流分量后离散数字信号的估算频率范围，利用连续点测频方法结合估算频率范围快速实时获得精确测量信号频率，包括：步骤3.1：直流分量统计，包括：统计信号预设周期T内采样数据大于0和小于0的采样点个数m1和m2，如果m1或者m2大于M*4/5，则进行步骤3.2，否者进行步骤3.3，统计时同时记录采样点最大值y
max
和最小值y
min
，其中预定周期跟随频率改变；步骤3.2：获得直流分量y
z
，包括：根据式(1)计算获得直流分量值y
z
，初始y
z
＝0，进行步骤3.3；步骤3.3：去除直流分量，包括：根据式(2)原始离散采样数据点y
s
去除直流分量值y
z
后在进行步骤3.4；y＝y
s
‑
y
z (2)步骤3.4：确定正向过零点，包括：寻找两连续采样点(x1,y1)和(x2,y2)满足y1<0并且y2>0，并采用式(3)获得正向过零点的时刻x
01
，t
s
为采样间隔时间，进行步骤3.5；步骤3.5：确定下一个负向过零点，包括：寻找第一组两连续采样点(x3,y3)和(x4,y4)满足y3>0并且y4<0，并采用式(4)获得负向过零点的时刻x
02
，t
s
为采样间隔时间，进行步骤3.6；
步骤3.6：判断是否为干扰信号，如果正向过零点的时刻x
01
和负向过零点的时刻x
02
的时间差大于预定周期T的六分之一则进入步骤3.7，并且将时间差(x
02
‑
x
01
)记为半周期T
h
，否则认定为干扰信号丢弃计算结果，重新进入步骤3.4；步骤3.7：获得多组半周期T
h
，包括：累计计算获得n+2个有效的半周期T
h
，去除n+2个结果的最大值和最小值，剩余n个有效的半周期T
h
，进入步骤3.8；步骤3.8：获得估算周期T
e
，包括：根据n个有效的半周期T
h
计算平均值更新信号预设周期T，更新后的信号预设周期T为估算周期T
e
，根据估算周期T
e
计算估...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢家力，张玮，岳峰，霍银龙，臧佳，陈从靖，
申请(专利权)人：南京国电南自电网自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：