电力信号的谐波相位测量方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电力信号的谐波相位方法和系统，所述方法包括：通过对虚数向量序列和实数向量序列数字滤波，生成虚数向量滤波序列和实数向量滤波序列，分别将实数向量滤波序列和虚数向量滤波序列等分为两段序列，生成实数向量滤波前段序列、实数向量滤波后段序列、虚数向量滤波前段序列和虚数向量滤波后段序列；依次对滤波前段序列和虚数向量滤波前段序列、以及实数向量滤波后段序列和虚数向量滤波后段序列进行积分、求相位、相位差；将所述相位差和所述参考频率转换为所述电力信号的基波频率。以基波频率与谐波因数的乘积为参考频率，进行谐波相位测量。实施本发明，可抑制虚数向量序列和实数向量序列中的混频干扰成分生成高精度的谐波相位。
【专利说明】电力信号的谐波相位测量方法和系统 【【技术领域】】
[0001] 本发明涉及电力【技术领域】，特别是涉及电力信号的谐波相位测量方法和系统。 【【背景技术】】
[0002] 电力系统的频率测量、谐波测量、功率测量等在本质上均为正弦参数的测量。傅里 叶变换等是实现正弦参数测量的基本方法，在电力系统有广泛的应用。但随着正弦测量技 术的发展，傅里叶变换存在的问题也越显突出，难以进一步满足正弦参数高精度计算的要 求。
[0003] 电力系统功率计算首先是电压电流幅值和相位的计算，而电压电流幅值和相位的 计算又首先是频率的计算，可认为频率测量是正弦参数计算的基础。在电力系统频率测量 方面，有形式各样的频率测量或计算方法，如零交法、基于滤波的算法、基于小波变换算法、 基于神经网络的算法、基于DFT变换的频率算法、基于相位差的频率算法等。
[0004] 但是，电网运行额定工频为50Hz，属于较低的频率，以上所述的频率测量方法对低 频信号的频率测量精度不高，且抗噪声干扰性差，易导致谐波相位的测量精度低、抗噪声干 扰性差。 【
【发明内容】
】
[0005] 基于此，有必要针对以上所述的频率测量方法对低频信号的频率测量精度不高， 且抗噪声干扰性差，易导致谐波相位的测量精度低、抗噪声干扰性差。的问题，提供一种电 力信号的谐波相位测量方法和系统。
[0006] -种电力信号的谐波相位测量方法，包括以下步骤：
[0007] 根据预设时间长度和预设采样频率，对电力信号进行采样获得采样数据序列；
[0008] 对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并以初步基波频 率为参考频率；
[0009] 将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列；
[0010] 对所述实数向量序列进行数字滤波，获得实数向量滤波序列；
[0011] 将所述参考频率的正弦函数与所述采样数据序列相乘，生成虚数向量序列；
[0012] 对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波序列；
[0013] 分别将所述实数向量滤波序列和所述虚数向量滤波序列等分为两段序列，生成实 数向量滤波前段序列、实数向量滤波后段序列、虚数向量滤波前段序列和虚数向量滤波后 段序列；
[0014] 对所述实数向量滤波前段序列和所述虚数向量滤波前段序列分别进行积分运算， 生成前段序列实数积分值和前段序列虚数积分值；
[0015] 根据预设的相位转换规则，将所述前段序列实数积分值与所述前段序列虚数积分 值转换为第一相位；
[0016] 对所述实数向量滤波后段序列和所述虚数向量滤波后段序列分别进行积分运算， 生成后段序列实数积分值和后段序列虚数积分值；
[0017] 根据所述预设的相位转换规则，将所述后段序列实数积分值和所述后段序列虚数 积分值转换为第二相位；
[0018] 将所述第二相位减去所述第一相位，生成相位差；
[0019] 根据预设的频率转换规则，将所述相位差和所述参考频率转换为所述电力信号的 基波频率；
[0020] 获取所述基波频率与所述电力信号的谐波因数的乘积，生成谐波频率，并以所述 谐波频率为参考频率；
[0021] 将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列；
[0022] 对所述实数向量序列进行数字滤波，生成实数向量滤波序列；
[0023] 对所述实数向量滤波序列进行积分运算，生成实数向量积分值；
[0024] 将所述参考频率的正弦函数与所述采样数据序列相乘，获得虚数向量序列；
[0025] 对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波序列；
[0026] 对所述虚数向量滤波序列进行积分运算，生成虚数向量积分值；
[0027] 根据所述预设的相位转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转 换为谐波相位。
[0028] -种电力信号的谐波相位测量系统，包括：
[0029] 采样�？椋糜诟菰ど枋奔涑ざ群驮ど璨裳德剩缘缌π藕沤胁裳竦貌� 样数据序列；
[0030] 初测�？椋糜诙运霾裳菪蛄械幕ㄆ德式谐醪猓竦贸醪交ㄆ德剩� 以初步基波频率为参考频率；
[0031] 第一实数向量序列模块，用于将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相 乘,生成实数向量序列；
[0032] 第一实数向量滤波�？椋糜诙运鍪凳蛄啃蛄薪惺致瞬ǎ竦檬凳蛄� 滤波序列；
[0033] 第一虚数向量序列�？椋糜诮霾慰计德实恼液胨霾裳菪蛄邢� 乘,生成虚数向量序列；
[0034] 第一虚数向量滤波模块，用于对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量 滤波序列；
[0035] 序列等分�？椋糜诜直鸾鍪凳蛄柯瞬ㄐ蛄泻退鲂槭蛄柯瞬ㄐ蛄械确� 为两段序列，生成实数向量滤波前段序列、实数向量滤波后段序列、虚数向量滤波前段序列 和虚数向量滤波后段序列；
[0036] 前段序列积分�？椋糜诙运鍪凳蛄柯瞬ㄇ岸涡蛄泻退鲂槭蛄柯瞬ㄇ岸� 序列分别进行积分运算，生成前段序列实数积分值和前段序列虚数积分值；
[0037] 第一相位模块，用于根据预设的相位转换规则，将所述前段序列实数积分值与所 述前段序列虚数积分值转换为第一相位；
[0038] 后段序列积分�？椋糜诙运鍪凳蛄柯瞬ê蠖涡蛄泻退鲂槭蛄柯瞬ê蠖� 序列分别进行积分运算，生成后段序列实数积分值和后段序列虚数积分值；
[0039] 第二相位�？椋糜诟菟鲈ど璧南辔蛔还嬖颍龊蠖涡蛄惺凳种� 和所述后段序列虚数积分值转换为第二相位；
[0040] 相位差�？椋糜诮龅诙辔患跞ニ龅谝幌辔唬上辔徊睿�
[0041] 基波频率�？椋糜诟菰ど璧钠德首还嬖颍鱿辔徊詈退霾慰计德首� 换为所述电力信号的基波频率；
[0042] 参考频率重置�？椋糜诨袢∷龌ㄆ德视胨龅缌π藕诺男巢ㄒ蚴某嘶� 生成谐波频率，并以所述谐波频率为参考频率；
[0043] 第二实数向量序列�？椋糜诮霾慰计德实挠嘞液胨霾裳菪蛄邢� 乘,生成实数向量序列；
[0044] 第二实数向量滤波�？椋糜诙运鍪凳蛄啃蛄薪惺致瞬ǎ墒凳蛄� 滤波序列；
[0045] 实数向量积分�？椋糜诙运鍪凳蛄柯瞬ㄐ蛄薪谢衷怂悖墒凳蛄� 积分值；
[0046] 第二虚数向量序列�？椋糜诮霾慰计德实恼液胨霾裳菪蛄邢� 乘，获得虚数向量序列；
[0047] 第二虚数向量滤波�？椋糜诙运鲂槭蛄啃蛄薪惺致瞬ǎ尚槭蛄� 滤波序列；
[0048] 虚数向量积分模块，用于对所述虚数向量滤波序列进行积分运算，生成虚数向量 积分值；
[0049] 谐波相位�？椋糜诟菟鲈ど璧南辔蛔还嬖颍鍪凳蛄炕种岛退� 述虚数向量积分值转换为谐波相位。
[0050] 上述电力信号的谐波相位测量方法和系统，通过对虚数向量序列和实数向量序列 数字滤波，生成虚数向量滤波序列和实数向量滤波序列，数字滤波可抑制虚数向量序列和 实数向量序列中的混频干扰成分，得到高精度的虚数向量滤波序列和实数向量滤波序列， 分别将所述实数向量滤波序列和所述虚数向量滤波序列等分为两段序列，生成实数向量滤 波前段序列、实数向量滤波后段序列、虚数向量滤波前段序列和虚数向量滤波后段序列；依 次对滤波前段序列和虚数向量滤波前段序列、以及实数向量滤波后段序列和虚数向量滤波 后段序列进行积分、求相位、相位差；将所述相位差和所述参考频率转换为所述电力信号的 基波频率。分别将所述实数向量滤波序列和所述虚数向量滤波序列等分为两段序列，根据 两段序列相位差生成高精度的基波频率。以基波频率与谐波因数的乘积为参考频率，进行 谐波相位测量，可进一步生成高精度的谐波相位。 【【专利附图】
【附图说明】】
[0051] 图1是本发明电力信号的谐波相位测量方法的流程示意图；
[0052] 图2是本发明电力信号的谐波相位测量系统的结构示意图。 【【具体实施方式】】
[0053] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步地详细描述。
[0054] 本发明中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非 明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础，否则步骤的相对次序是 可以调整的。
[0055] 请参阅图1，图1是本发明电力信号的谐波相位测量方法的流程示意图。
[0056] 本实施方式的所述电力信号的谐波相位测量方法，可包括以下步骤：
[0057] 步骤S101，根据预设时间长度和预设采样频率，对电力信号进行采样获得采样数 据序列。
[0058] 步骤S102,对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并以初 步基波频率为参考频率。
[0059] 步骤S103,将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相乘，生成实数向量 序列。
[0060] 步骤S104,对所述实数向量序列进行数字滤波，获得实数向量滤波序列。
[0061] 步骤S105,将所述参考频率的正弦函数与所述采样数据序列相乘，生成虚数向量 序列。
[0062] 步骤S106,对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波序列。
[0063] 步骤S107,分别将所述实数向量滤波序列和所述虚数向量滤波序列等分为两段序 列，生成实数向量滤波前段序列、实数向量滤波后段序列、虚数向量滤波前段序列和虚数向 量滤波后段序列。
[0064] 步骤S108,对所述实数向量滤波前段序列和所述虚数向量滤波前段序列分别进行 积分运算，生成前段序列实数积分值和前段序列虚数积分值。
[0065] 步骤S109,根据预设的相位转换规则，将所述前段序列实数积分值与所述前段序 列虚数积分值转换为第一相位。
[0066] 步骤S110,对所述实数向量滤波后段序列和所述虚数向量滤波后段序列分别进行 积分运算，生成后段序列实数积分值和后段序列虚数积分值。
[0067] 步骤Slll，根据所述预设的相位转换规则，将所述后段序列实数积分值和所述后 段序列虚数积分值转换为第二相位。
[0068] 步骤S112,将所述第二相位减去所述第一相位，生成相位差。
[0069] 步骤S113,根据预设的频率转换规则，将所述相位差和所述参考频率转换为所述 电力信号的基波频率。
[0070] 步骤S114,获取所述基波频率与所述电力信号的谐波因数的乘积，生成谐波频率， 并以所述谐波频率为参考频率。
[0071] 步骤S115,将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相乘，生成实数向量 序列。
[0072] 步骤S116,对所述实数向量序列进行数字滤波，生成实数向量滤波序列。
[0073] 步骤S117,对所述实数向量滤波序列进行积分运算，生成实数向量积分值。
[0074] 步骤S118,将所述参考频率的正弦函数与所述采样数据序列相乘，获得虚数向量 序列。
[0075] 步骤S119,对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波序列。
[0076] 步骤S120,对所述虚数向量滤波序列进行积分运算，生成虚数向量积分值。
[0077] 步骤S121，根据预设的相位转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积 分值转换为谐波相位。
[0078] 本实施方式，通过对虚数向量序列和实数向量序列数字滤波，生成虚数向量滤波 序列和实数向量滤波序列，数字滤波可抑制虚数向量序列和实数向量序列中的混频干扰成 分，得到高精度的虚数向量滤波序列和实数向量滤波序列，分别将所述实数向量滤波序列 和所述虚数向量滤波序列等分为两段序列，生成实数向量滤波前段序列、实数向量滤波后 段序列、虚数向量滤波前段序列和虚数向量滤波后段序列；依次对滤波前段序列和虚数向 量滤波前段序列、以及实数向量滤波后段序列和虚数向量滤波后段序列进行积分、求相位、 相位差；将所述相位差和所述参考频率转换为所述电力信号的基波频率。分别将所述实数 向量滤波序列和所述虚数向量滤波序列等分为两段序列，根据两段序列相位差生成高精度 的基波频率。以基波频率与谐波因数的乘积为参考频率，进行谐波相位测量，可进一步生成 高精度的谐波相位。
[0079] 其中，对于步骤S101，所述电力信号包括正弦基波信号、正弦1/3谐波成分、正弦 1/2谐波成分、正弦2次谐波成分、正弦3次谐波成分、正弦4次谐波成分和正弦5次谐波成 分。优选地可通过电网领域的采样设备对所述电力信号进行采样，获得采样数据序列。
[0080] 优选地,可根据在额定频率50Hz，采样频率远大于电力系统额定频率的原则设置 预设数的采样频率。
[0081] 进一步地，为了保证一定的频率测量实时性，可取信号时间长度等于0. 25s。
[0082] 更进一步地，电力系统额定频率50Hz，为了提高性能，采样频率应远大于50Hz，优 选地，设置采样频率等于f n= 5000Hz，采样间隔表达为式（1):
【权利要求】
1. 一种电力信号的谐波相位测量方法，其特征在于，包括以下步骤： 根据预设时间长度和预设采样频率，对电力信号进行采样获得采样数据序列； 对所述采样数据序列的基波频率进行初测，获得初步基波频率，并以初步基波频率为 参考频率； 将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列； 对所述实数向量序列进行数字滤波，获得实数向量滤波序列； 将所述参考频率的正弦函数与所述采样数据序列相乘，生成虚数向量序列； 对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波序列； 分别将所述实数向量滤波序列和所述虚数向量滤波序列等分为两段序列，生成实数向 量滤波前段序列、实数向量滤波后段序列、虚数向量滤波前段序列和虚数向量滤波后段序 列； 对所述实数向量滤波前段序列和所述虚数向量滤波前段序列分别进行积分运算，生成 前段序列实数积分值和前段序列虚数积分值； 根据预设的相位转换规则，将所述前段序列实数积分值与所述前段序列虚数积分值转 换为第一相位； 对所述实数向量滤波后段序列和所述虚数向量滤波后段序列分别进行积分运算，生成 后段序列实数积分值和后段序列虚数积分值； 根据所述预设的相位转换规则，将所述后段序列实数积分值和所述后段序列虚数积分 值转换为第二相位； 将所述第二相位减去所述第一相位，生成相位差； 根据预设的频率转换规则，将所述相位差和所述参考频率转换为所述电力信号的基波 频率； 获取所述基波频率与所述电力信号的谐波因数的乘积，生成谐波频率，并以所述谐波 频率为参考频率； 将所述参考频率的余弦函数与所述采样数据序列相乘，生成实数向量序列； 对所述实数向量序列进行数字滤波，生成实数向量滤波序列； 对所述实数向量滤波序列进行积分运算，生成实数向量积分值； 将所述参考频率的正弦函数与所述采样数据序列相乘，获得虚数向量序列； 对所述虚数向量序列进行数字滤波，生成虚数向量滤波序列； 对所述虚数向量滤波序列进行积分运算，生成虚数向量积分值； 根据所述预设的相位转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚数向量积分值转换为 谐波相位。
2. 根据权利要求1所述的电力信号的谐波相位测量方法，其特征在于，所述电力信号 包括正弦基波信号、正弦1/3谐波成分、正弦1/2谐波成分、正弦2次谐波成分、正弦3次谐 波成分、正弦4次谐波成分和正弦5次谐波成。
3. 根据权利要求1所述的电力信号的谐波相位测量方法，其特征在于，根据预设的相 位转换规则，将所述前段序列实数积分值与所述前段序列虚数积分值转换为第一相位的步 骤包括以下步骤： 将所述前段序列虚数积分值除以所述前段序列实数积分值，生成第一比值； 获取所述第一比值的反余切函数值的相反数，生成所述第一相位。
4. 根据权利要求1所述的电力信号的谐波相位测量方法，其特征在于，根据所述预设 的相位转换规则，将所述后段序列实数积分值和所述后段序列虚数积分值转换为第二相位 的步骤包括以下步骤： 将所述后段序列虚数积分值除以所述后段序列实数积分值，生成第二比值； 获取所述第二比值的反余切函数值的相反数，生成所述第二相位。
5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的电力信号的谐波相位测量方法，其特征在于， 根据预设的频率转换规则，将所述相位差和所述参考频率转换为所述电力信号的基波频率 的步骤包括以下步骤： 检测所述虚数向量滤波序列或所述实数向量滤波序列的序列长度； 获取所述序列长度与采样间隔的乘积； 获取所述相位差与所述乘积的比值的二倍，生成第一频率，数量上等于所述采样数据 序列的基波频率与所述参考频率的频率差； 将所述第一频率与所述参考频率相加，生成所述电力信号的基波频率。
6. -种电力信号的谐波相位测量系统，其特征在于，包括： 采样�？椋糜诟菰ど枋奔涑ざ群驮ど璨裳德剩缘缌π藕沤胁裳竦貌裳� 据序列； 初测�？椋糜诙运霾裳菪蛄械幕ㄆ德式谐醪猓竦贸醪交ㄆ德剩⒁猿� 步基波频率为参考频率； 第一实数向量序列�？椋糜诮霾慰计德实挠嘞液胨霾裳菪蛄邢喑耍� 生成实数向量序列； 第一实数向量滤波�？椋糜诙运鍪凳蛄啃蛄薪惺致瞬ǎ竦檬凳蛄柯瞬� 序列； 第一虚数向量序列�？椋糜诮霾慰计德实恼液胨霾裳菪蛄邢喑耍� 生成虚数向量序列； 第一虚数向量滤波�？椋糜诙运鲂槭蛄啃蛄薪惺致瞬ǎ尚槭蛄柯瞬� 序列； 序列等分�？椋糜诜直鸾鍪凳蛄柯瞬ㄐ蛄泻退鲂槭蛄柯瞬ㄐ蛄械确治� 段序列，生成实数向量滤波前段序列、实数向量滤波后段序列、虚数向量滤波前段序列和虚 数向量滤波后段序列； 前段序列积分�？椋糜诙运鍪凳蛄柯瞬ㄇ岸涡蛄泻退鲂槭蛄柯瞬ㄇ岸涡蛄� 分别进行积分运算，生成前段序列实数积分值和前段序列虚数积分值； 第一相位�？椋糜诟菰ど璧南辔蛔还嬖颍銮岸涡蛄惺凳种涤胨銮� 段序列虚数积分值转换为第一相位； 后段序列积分�？椋糜诙运鍪凳蛄柯瞬ê蠖涡蛄泻退鲂槭蛄柯瞬ê蠖涡蛄� 分别进行积分运算，生成后段序列实数积分值和后段序列虚数积分值； 第二相位�？椋糜诟菟鲈ど璧南辔蛔还嬖颍龊蠖涡蛄惺凳种岛退� 述后段序列虚数积分值转换为第二相位； 相位差�？椋糜诮龅诙辔患跞ニ龅谝幌辔唬上辔徊睿� 基波频率�？椋糜诟菰ど璧钠德首还嬖颍鱿辔徊詈退霾慰计德首晃� 所述电力信号的基波频率； 参考频率重置�？椋糜诨袢∷龌ㄆ德视胨龅缌π藕诺男巢ㄒ蚴某嘶� 谐波频率，并以所述谐波频率为参考频率； 第二实数向量序列�？椋糜诮霾慰计德实挠嘞液胨霾裳菪蛄邢喑耍� 生成实数向量序列； 第二实数向量滤波�？椋糜诙运鍪凳蛄啃蛄薪惺致瞬ǎ墒凳蛄柯瞬� 序列； 实数向量积分�？椋糜诙运鍪凳蛄柯瞬ㄐ蛄薪谢衷怂悖墒凳蛄炕� 值； 第二虚数向量序列�？椋糜诮霾慰计德实恼液胨霾裳菪蛄邢喑耍� 获得虚数向量序列； 第二虚数向量滤波�？椋糜诙运鲂槭蛄啃蛄薪惺致瞬ǎ尚槭蛄柯瞬� 序列； 虚数向量积分�？椋糜诙运鲂槭蛄柯瞬ㄐ蛄薪谢衷怂悖尚槭蛄炕� 值； 谐波相位模块，用于根据所述预设的相位转换规则，将所述实数向量积分值和所述虚 数向量积分值转换为谐波相位。
7. 根据权利要求6所述的电力信号的谐波相位测量系统，其特征在于，所述电力信号 包括正弦基波信号、正弦1/3谐波成分、正弦1/2谐波成分、正弦2次谐波成分、正弦3次谐 波成分、正弦4次谐波成分和正弦5次谐波成分。
8. 根据权利要求6所述的电力信号的谐波相位测量系统，其特征在于，所述第一相位 �？榛褂糜诮銮岸涡蛄行槭种党运銮岸涡蛄惺凳种担傻谝槐戎担换� 取所述第一比值的反余切函数值的相反数，生成所述第一相位。
9. 根据权利要求6所述的电力信号的谐波相位测量系统，其特征在于，所述第二相位 �？榛褂糜诮龊蠖涡蛄行槭种党运龊蠖涡蛄惺凳种担傻诙戎担换� 取所述第二比值的反余切函数值的相反数，生成所述第二相位。
10. 根据权利要求6至9中任意一项所述的电力信号的谐波相位测量系统，其特征在 于，所述基波频率�？榛拱ㄐ蛄谐ざ燃觳饽？�、乘积�？�、第一频率模块和相加�？椋� 中： 所述序列长度检测�？橛糜诩觳馑鲂槭蛄柯瞬ㄐ蛄谢蛩鍪凳蛄柯瞬ㄐ蛄械� 序列长度； 所述乘积�？橛糜诨袢∷鲂蛄谐ざ扔氩裳涓舻某嘶� 所述第一频率�？橛糜诨袢∷鱿辔徊钣胨龀嘶谋戎档亩叮傻谝黄德剩� 量上等于所述采样数据序列的基波频率与所述参考频率的频率差； 所述相加�？橛糜诮龅谝黄德视胨霾慰计德氏嗉樱伤龅缌π藕诺幕ㄆ� 率。
【文档编号】G01R25/00GK104459320SQ201410840951
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】李军 申请人:广东电网有限责任公司电力科学研究院
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