[發明專利]一種基于ADC與Rife-Vincent窗三譜線插值FFT的諧波電能表

在審

• 申請號: 201811244064.0
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN109283386A
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 蔡文;陳克緒;高云鵬;俞林剛;周繼光;朱亮;夏鵬
• 申請（專利權）人: 國網江西省電力有限公司電力科學研究院;國家電網有限公司
• 主分類號: G01R22/10
• 分類號: G01R22/10;G01R23/16;G01R23/167
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 姚伯川

一種基于ADC與Rife?Vincent窗三譜線插值FFT的諧波電能表，所述諧波電能表包括信號調理部分、數據處理部分和數據管理部分。所述信號調理部分，包括ADC轉換器、電阻分壓網絡和CT電阻取樣網絡；所述數據處理部分，包括DSP處理器；所述數據管理部分，包括MCU芯片、實時時鐘、SDRAM與FLASH存儲器、通信接口電路、圖形點陣液晶。本發明不受專用計量芯片性能和功能的限制，可基于自身開發的優良算法，精確定量地測量電力系統中諧波電壓、電流的動態特性，實現更高次的諧波分析和更高準確度的電能計量。

技術領域

本發明涉及一種基于ADC與Rife-Vincent窗三譜線插值FFT的諧波電能表，屬電能表技術領域。

背景技術

隨著電力電子技術的發展，非線性設備在電力系統中得到廣泛應用，非線性設備帶來的諧波問題對電力系統安全、穩定、經濟運行構成的威脅日趨嚴重。基波與諧波的精確測量可為電網電能計量、諧波潮流計算、設備入網檢測、電力系統諧波補償與抑制等提供科學依據。

基波與諧波分量檢測技術一般有：(1)基于頻域分析的FFT方法，其特點是電網頻率波動時，檢測精度較低；(2)濾波器檢測諧波方法，其特點是難以獲得理想頻率特性；(3)基于瞬時無功功率理論的方法，其特點是計算量大，處理復雜；(4)基于神經網絡理論和小波變換的方法，其特點是計算量大，難以在嵌入式系統中實現。

基于FFT的基波、諧波分析算法，易于在DSP(數字信號處理器)上實現，是當今應用最廣泛的一種諧波分析方法。在電力系統中，電網電壓、電流畸變導致基波頻率變化，由于非同步采樣造成FFT算法存在頻譜泄露和柵欄效應等問題，使得基波與諧波檢測的精度受到影響。減少FFT算法的頻譜泄露和柵欄效應影響、提高電測量中基波和各諧波檢測精度是電測量信號分析和電能質量管理中的難題。

已有專利文件公開號CN1611953公開了“測量工廠諧波的方法和測量儀”；公開號CN1245897公開了“電力系統諧波定量計量方法和計量儀”；公告號 CN2798102公開了“電力線高次諧波分析計量儀”；公告號CN101701985公開了“定頻變點電網諧波檢測方法及其測量儀”。其發明的目的是精確定量地測量電力系統中諧波電壓、電流的動態特性。已有技術的不足之處是：已有技術提供了一些基波與諧波測量的電氣設備設計方法，但由于諧波具有多樣性、隨機性和多態性等特征，基波頻率波動造成的頻譜泄露和柵欄效應依然存在，因此實時、高精度的基波與諧波測量分析難以實現。

發明內容

本發明的目的是，針對現有技術存在的問題，本發明公開一種基于ADC與 Rife-Vincent窗三譜線插值FFT的諧波電能表。

本發明實現的技術方案如下，一種基于ADC與Rife-Vincent窗三譜線插值 FFT的諧波電能表，包括信號調理部分、數據處理部分和數據管理部分。

所述信號調理部分，包括ADC轉換器、電阻分壓網絡和CT電阻取樣網絡；信號調理部分將系統中額定值為220V和1.5A的壓電流模擬信號，通過電阻分壓網絡和CT電阻取樣網絡，變成≤2.5V的交流信號送入高精度8通道同步采樣 ADC。

所述數據處理部分，包括DSP處理器；采樣數據通過專用接口SPI接口送入DSP數據處理部分，經過主瓣窄、旁瓣低且跌落速度快的Rife-Vincent窗對信號進行加窗、離散傅里葉變換、三譜線插值FFT運算處理、多項式擬合技術檢測被測信號中的基波和各諧波量，計算出頻率、幅值、相位、功率、諧波畸變率等參數，并將處理后的數據發送給MCU進行存儲、通信和顯示等處理。

所述數據管理部分，包括MCU芯片、實時時鐘、SDRAM與FLASH存儲器、通信接口電路、圖形點陣液晶，由MCU為核心管理基波和各諧波量，采用圖形化點陣液晶顯示諧波柱狀分析圖。