[發明專利]一種基于諧波檢測的用電安全監控方法

在審

• 申請號: 201510440355.7
• 申請日: 2015-07-24
• 公開（公告）號: CN105067881A
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發明（設計）人: 宋立景;鞏向前;宋立宗;張秀龍
• 申請（專利權）人: 淄博格瑞恩電氣科技有限公司
• 主分類號: G01R23/16
• 分類號: G01R23/16
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 肖健

技術領域

本發明涉及一種基于諧波檢測的用電安全監控方法。

背景技術

現代電力電子技術的飛速發展，各種電力電子裝置在電力系統、工業、交通等各種領域得到廣泛應用，但由于電力電子裝置是一種非線性時變拓撲負荷，其產生的諧波和無功注入電網，會使設備容量和線路損耗增加，造成發配電設備利用率的下降，影響供電質量，對電力系統的安全穩定運行構成潛在威脅。目前，諧波污染、電磁干擾和功率因子降低已成為電力系統的三大公害，因此，研究和分析諧波產生的原因，為抑制電力系統的諧波干擾提供好的檢測方法，對提高電網運行質量滿足用戶需求具有重要的實際意義。而現在，工業生產中使用的電動機的保護裝置，能夠監測電動機運行過程中的線路電流和電壓，并能夠在發生異常狀況時予以跳閘保護和報警預警。但是并沒有實時模擬出運行過程中的電流和電壓曲線圖，從而不能直觀的觀察到運行回路中是否產生影響電能質量的諧波。

電力系統諧波分析通常都是通過快速傅立葉變換(FFT)實現的，但是這種方法存在柵欄效應和頻譜泄漏，使計算出的諧波參數即頻率、幅值和相位不準，尤其是相位誤差很大，無法滿足準確的諧波測量要求。

發明內容

為解決以上技術上的不足，本發明提供了一種基于諧波檢測的用電安全監控方法，諧波參數計算精度高，安全監控直觀準確。

本發明是通過以下措施實現的：

本發明的一種基于諧波檢測的用電安全監控方法，包括以下步驟：

步驟1，對被測信號進行采樣，同時采用頻率跟蹤，保證采樣周期和信號周期同步；

步驟2，采用數字低通濾波的方法求取信號周期，然后在一個周期的時

間內均勻提取2*N個數據點，其中N-1為最高次諧波階數；

步驟3，采用同步采樣SRFFT求出各諧波參數；

步驟4，結合步驟3得出的諧波參數，模擬出被測信號的曲線，并顯示出來。

步驟1中對被測信號進行過采樣，采樣頻率＝F*2*N*K，其中F是信號的基波頻率，N-1為最高次諧波階數，K是采樣倍率，且K大于9，采用相鄰兩點用直線擬合的方法求中間值，每組數據采樣要保證大于兩個信號基波周期。

數字低通濾波采用IIR濾波器，用MATLAB語言對IIR濾波器進行輔助設計，求出指定指標的濾波器系數，采用橢圓濾波器模型設計IIR數字濾波器。

濾波求周期是指對只剩基波成分的波形用周期法求取基波周期。

均勻提取2*N個點是指在一個整周期的時間里用直線擬合插值的方法均勻求取2*N個數據點的值，N-1為最高次諧波階數。

本發明的有益效果是：本發明采用SRFFT求出各諧波參數，具有很高的計算精度，即使對于幅值較小的偶次諧波也能準確地求出其各項參數，尤其是對于提高相位計算的精度更為明顯。而且能夠直觀地顯示出來，方便監測。

具體實施方式

本發明的一種基于諧波檢測的用電安全監控方法，首先對被測信號進行采樣，同時采用頻率跟蹤，保證采樣周期和信號周期同步。對被測信號進行過采樣采樣頻率＝F*2*N*K，其中F是信號的基波頻率，N-1為最高次諧波階數，K是采樣倍率，且K大于9，采用相鄰兩點用直線擬合的方法求中間值，每組數據采樣要保證大于兩個信號基波周期。然后并進行模數轉換，按所測信號估計的最大周期值，保證每組數據能采樣到兩個信號周期的數據。設計IIR數字濾波器對數據進行濾波，將基波以外的諧波成分全部濾除。在對數據進行濾波前，先用數字濾波器的采樣頻率對原始數據進行重采樣，使用一個固定的頻率進行重采樣是為了使濾波器在設計時容易獲得穩定系數和在濾波時能在較短的時間內穩定下來。由于對數據進行濾波只是為了求基波周期，所以對濾波器的幅頻特性和相頻特性就沒有太高的要求，只要濾波后基波的周期不變就可以了。最經典的數字濾波器為FIR濾波器和IIR濾波器，但在相同的性能指標下，FIR濾波器的階數要比IIR濾波器高得多，為了減小計算量，這里選擇IIR濾波器。用MATLAB語言對IIR濾波器進行輔助設計，求出指定指標的濾波器系數。這里用橢圓濾波器模型設計IIR數字濾波器，因為它的階數最小且容易獲得穩定的濾波系統。在設計濾波器時，為了使濾波器一直工作在較穩定的狀態下，這里不是對每組數據單獨進行濾波，而是把上一組數據濾波前后的M(M為濾波器長度)數據作為下一組的初始值，這樣就相當于只是對一組很長的數據進行較穩定的濾波，避免了每組數據都需要等待一個較長的過渡期。