[發明專利]一種改進增益有限脈沖響應濾波的電網信號頻率檢測方法

有效

• 申請號: 202110329745.2
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN112710899B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 許繼和;樊友杰;朱亮;晏依;舒驍驍;湯振華;祝君劍;俞林剛;劉玲;劉仕萍
• 申請（專利權）人: 國網江西省電力有限公司供電服務管理中心;國網江西省電力有限公司;國家電網有限公司
• 主分類號: G01R23/165
• 分類號: G01R23/165;G01R23/175;G01R23/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 袁紅梅

本發明提供了一種改進增益有限脈沖響應濾波的電網信號頻率檢測方法，將被檢測的信號x[n]分別輸入改進增益有限脈沖響應濾波器S和自適應延時相位偏移校正單元D，設改進增益有限脈沖響應濾波器S的輸出為y[n]，自適應延時相位偏移校正單元D的輸出為x_D[n]，分別將y[n]和x_D[n]輸入至長度為N的低通平均濾波器，分別得到輸出A_y[n]和A_x[n]，計算A_y[n]和A_x[n]的比值后，運用濾波器頻率響應增益推算式實現信號頻率的快速檢測。本發明一方面可以確保頻率檢測結果的穩定性；另一方面可以確保頻率檢測結果的高精度。

技術領域

本發明涉及電網信號濾波和頻率檢測領域，具體是一種改進增益有限脈沖響應濾波的電網信號頻率檢測方法。

背景技術

頻率反映發電和負荷之間的動態平衡，是電力系統最基本的參數之一，準確快速的頻率測量對電力系統運行、監測和控制具有重要的意義。電網頻率測量的本質是正弦信號模型的參數估計，即利用系統的信號為輸入，如電壓或電流，通過信號處理和數值分析方法估計信號的頻率。

頻率測量雖然在算法設計和實現中占據主導地位，但輔助算法在很大程度上決定了其能否預期執行和裝置的可靠性。選擇合適的輔助算法主要決定于信號模型、后續控制或分析所需的頻率特征、主算法的計算能力、響應時間、精度要求和軟硬件約束條件等。隨著人們對電力系統動態行為認識的深入，頻率測量已從早期的過零檢測發展到現在的基于數字信號處理和人工智能的方法。這些算法在抗噪聲干擾、抑制諧波、穩動態測量精度、響應時間和計算復雜度等方面各有優缺點，其范圍覆蓋時域分析、頻域分析和時頻聯合分析，實現策略包括非線性問題線性化、數學優化、自適應和算法組合集成等。一些硬件技術，如鎖相環、數字倍頻器和現場可編程門陣列等也用于頻率實時測量之中。實踐表明，獲得一個時滯小、去噪聲能力強，同時又能為后續控制分析提供高精度頻率特征的輔助算法并不容易。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明提供一種改進增益有限脈沖響應濾波的電網信號頻率檢測方法，本發明所解決的技術問題是如何不對信號進行復雜的頻譜分析，減少傅里葉變換或小波變換等運算，通過濾波器及膨脹特性進行頻率快速檢測。

為解決上述技術問題，本發明提出的解決方案為：將被檢測的信號x[n]分別輸入改進增益有限脈沖響應濾波器S和自適應延時相位偏移校正單元D，其中n為信號離散序列的標號，設改進增益有限脈沖響應濾波器S的輸出為y[n]，自適應延時相位偏移校正單元D的輸出為x_D[n]，分別將y[n]和x_D[n]輸入至長度為N的低通平均濾波器RA，分別得到輸出A_y[n]和A_x[n]，計算A_y[n]和A_x[n]的比值后，運用濾波器頻率響應增益推算式，即可實現信號頻率的快速檢測。

進一步的，改進增益有限脈沖響應濾波器S，通過以下步驟構建：

步驟1，計算長度為N=2M+1的I型有限脈沖響應濾波器h[n]，滿足h[n]=h[-n]，-M≤n≤M，其中M為正整數，其頻率響應函數為

其中，角頻率ω=2πf；

步驟2，對h[n]進行p+1次自卷積運算，p為正整數，得到p階卷積濾波器h_p[n]：

步驟3，對h_p[n]進行時域膨脹以擴展其脈沖響應，即通過在濾波器樣本之間插入零：

其中，擴展因子L的取值范圍為正整數，當L=1時為不插入零的特殊情況，插入零的時域膨脹后得到序列，該序列即為改進增益有限脈沖響應濾波器S。