[發明專利]用于測量電力線路中頻率的數字化測量方法

在審

• 申請號: 201710591344.8
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107271770A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 左濤;吳曉林;黎軍華;胡天祥
• 申請（專利權）人: 樂山一拉得電網自動化有限公司
• 主分類號: G01R23/02
• 分類號: G01R23/02
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙)51211
• 代理人: 冉鵬程

技術領域

本發明涉及信號處理技術領域，尤其是涉及電力系統及其自動化中電壓信號處理的技術領域，更具體地說涉及一種用于測量電力線路中頻率的數字化測量方法。

背景技術

高精度頻率源的測量常采用雙混頻時差測量法，先對信號混頻完后過零檢測，過零點觸發計數器測量，如果過零點收噪聲污染將導致測量出現誤差。目前改善噪聲主要依靠器件噪聲的降低，發展較為緩慢，當前設備降低系統本底噪聲的瓶頸在于單點過零檢測對噪聲較為敏感，而測頻設備的差拍器、檢測器等器件噪聲都可能疊加到過零點，導致對過零點的誤判，引起測量誤差。

國家知識產權局于2012年12月05日，公開了一件公開號為CN102809687A，名稱為“一種交流電頻率的數字化測量方法”的發明專利，該發明專利針對連續的數字采樣信號，在信號過正負峰值之后選取一個采樣點P1，在后續的采樣點中選取連續的兩個點P2和P3，P2和P3的選取條件是P1采樣值的負值在區間[P2采樣值，P3采樣值]內。則可以通過插值的方法在P2和P3所組成的線段上求取一點P4，使得P4的數值等于P1采樣值的負值，同時可獲取P4點的虛擬發生時間。由P1的采樣發生時間和P4的虛擬發生時間計算電信號的零點，由一系列電信號的過零點計算電信號的頻率或周期。

目前用于頻率測量的方法主要使用硬件過零比較器，其主要原理是電壓通過硬件過零比較器后送出方波，處理器采用中斷方式采集方波邊沿觸發的時間點信息，從而求得頻率值。但該方法存在一定的缺陷，處理器采集方波邊沿信號需要使用外部中斷方式，且中斷要及時響應，在綜合測控儀表中，處理器還要處理其他大量的數據，為了采集頻率而頻繁中斷，資源消耗量大，不劃算，某些處理器還會因為中斷響應不及時而導致頻率計算誤差；另外當電壓波動較大，諧波含量較大，電壓幅值很低時均會影響頻率測量的精度。

現有技術中的數字化計算頻率的方法主要有：過零點計算方法，特點是采集離散的整周期電壓信號，通過軟件計算過零點位置，并計算出兩個過零點的時間長度，從而計算頻率；該方法的缺點是由于離散的采集信號，過零點位置查找不夠準確，一般情況下只能通過真實過零點的左右兩個采樣點近似計算，電壓值偏小、諧波加重時，誤差變大，計算精度變小，另外采樣模塊的數模轉換精度也要影響計算結果。

另外一種方式是采集較大量的離散電壓數據，對電壓數據進行FFT(快速傅立葉)計算，對頻譜進行分析，檢測最大頻譜附近的2-3根頻譜線對頻率進行估計，這種方法的缺點是，要消耗大量的處理器運算資源，對頻率計算的精度取決于FFT計算的點數和計算的時間區間長度，1秒中區間的FFT運算結果，兩根相鄰譜線的差值就是1Hz，那么結果要精確到0.01Hz的計算量將非常龐大。

發明內容

為了克服上述現有技術中存在的缺陷和不足，本發明提供了一種用于測量電力線路中頻率的數字化測量方法，本發明的發明目的旨在于提供一種符合精度要求，且計算量相對較小的頻率數字化測量方法。本發明使用DFT相移算法解決頻率計算問題，不僅精度高，運算量低，而且可以有效地避免諧波的影響，運算精度也高于現有技術中的過零點計算方法和FFT頻譜分析法。

為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明是通過下述技術方案實現的：

用于測量電力線路中頻率的數字化測量方法，其特征在于：對輸入信號進行低通濾波處理，對低通濾波處理后的信號進行等時間間隔的離散AD采樣，獲得N點采樣數據，其中N為一個采樣周期的離散采樣點數；對獲得的N點采樣數據進行離散傅里葉變換得到該采樣周期內的基波向量數據；根據上述方法，獲得相鄰采樣周期的基波向量數據；對相鄰采樣周期內的基波向量數據進行相移計算，得到相鄰兩周期的基波向量相移值；根據該相移值及采樣周期計算出本采樣周期的實際頻率；所述相鄰采樣周期具體是指，本采樣周期與本采樣周期相鄰的下一個采樣周期。

所述對輸入信號進行低通濾波處理，具體是指，采用低通濾波器對輸入的信號進行低通濾波處理，且低通濾波器的阻帶邊緣頻率設定為≤f_s/2的值，f_s表示采樣頻率，T_s表示采樣周期。

所述N點采樣數據為：x(n),n＝0,1,2,...,N-2,N-1，其中N為一個采樣周期的離散采樣點數，x(n)表示離散采樣點。

所述對獲得的N點采樣數據進行離散傅里葉變換，具體是指：對x(n)進行離散傅里葉變換，即為X_k(1)表示第k周期基波向量；對相鄰兩組向量X_k(1),X_k-1(1)進行相移計算：