[發明專利]一種快速測量電力系統諧波的方法

有效

• 申請號: 201710297370.X
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107085144B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 陳文捷
• 申請（專利權）人: 珠海泰芯半導體有限公司
• 主分類號: G01R23/167
• 分類號: G01R23/167
• 代理公司: 廣東朗乾律師事務所 44291
• 代理人: 楊煥軍

一種快速測量電力系統諧波的方法，包括以下步驟：過采樣ADC對信號進行過采樣，得到原始采樣數據；對過采樣ADC輸出的原始采樣數據進行降采樣并保存；對降采樣后的數據進行加窗FFT處理；計算基波頻率；計算準同步采樣率并保存；利用計算得到的準同步采樣率對過采樣ADC輸出的原始采樣數據進行插值處理；對經過插值處理的數據進行降采樣并保存；采用矩形窗FFT對數據進行處理；將矩形窗FFT處理后得到的各FFT的頻譜幅值乘上補償系數，進行幅值補償，輸出結果。本發明方法使用過采樣技術提高帶內信號的信噪比，在保證頻率分辨率的前提下，大大降低了計算復雜度和提高了基波頻率計算的準確度，并通過降采樣降低緩存的占用。

技術領域

本發明屬于電學領域，尤其涉及一種計算分析電網諧波的方法。

背景技術

近年來，隨著我國電力需求的快速增長，電力負載越來越多，而所有的非線性負載，例如開關模式電源、電子熒光燈鎮流器、調速傳動裝置、不間斷電源、磁性鐵芯設備以及電視機等家用電器都會產生諧波，使得電網供電質量降低。因此，對供電電網的電壓、電流信號進行諧波分析，從而進行電網補償和凈化變得越來越重要。為了盡可能快而準確地進行電網補償和凈化，諧波分析的實時性和精確度要求也越來越高，如何快速準確地計算諧波成為了一個研究的熱點。

快速傅立葉變換(Fast Fourier Transformation，以下簡稱FFT)是計算諧波的主流工具，但是由于截斷效應，FFT存在頻譜泄漏和柵欄效應，為了準確計算諧波，目前常見方法如下：

1、使用加窗FFT，在頻域插值從而得到基波和各個諧波的頻率、幅度和相位等參數信息。如公開號為CN101701982A的中國發明專利申請公開的一種基于加窗插值FFT的電力系統諧波檢測方法，使用hanning窗進行加窗FFT運算，然后進行頻域插值來計算各個諧波的準確的頻率、幅值和相位。該方法在計算插值系數時，需要使用FFT譜線的最高峰和相鄰次高峰的幅值的比例，因此FFT的頻譜分辨率必須足夠小才能保證這兩個譜線不包含其他頻率的幅值，如使用512點FFT、采樣率為6.4KHz時，完成一個完整FFT的運算需要采樣512個樣點，耗費的采樣時間為T＝N/F_s＝512/6400Hz＝0.08s＝80ms，而市面上常見的有源電力濾波器的響應時間通常小于20ms，因此雖然這個方法的精確度很高，但由于需要一個相對小的頻率分辨率來區分基波和各個諧波，導致采樣時間過長，不能滿足實際應用需求。

2、通過跟蹤基波的頻率變化實現準同步，使準同步采樣率是基波頻率的整數倍，以抑制頻譜泄漏。如公開號為CN103969507A的中國發明專利申請公開的一種電能質量諧波分析方法，通過找出頻率偏移，然后使用和基波諧波頻率對應的余弦函數和正弦函數來進行相關計算，求得幅值和初相角。該方法需要將各個基波和諧波分別乘以對應的余弦函數和正弦函數，由于每一個采樣點都要乘以余弦函數和正弦函數，而每一個基波和諧波對應的余弦函數和正弦函數都不同，導致計算量很大，而且頻率漂移參數的計算容易受到噪聲的干擾，使基波頻率計算不準確。