一種電力系統(tǒng)間諧波測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電能質(zhì)量的在線檢測領(lǐng)域，更具體地，涉及一種電力系統(tǒng)間諧波測量 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)中非線性負(fù)荷除了產(chǎn)生基頻的整次諧波外，還可能產(chǎn)生基波頻率的非整 次諧波，即間諧波。根據(jù)IEC-61000-2-1，間諧波（Interharmonic)定義為:在電壓和電流信 號的諧波分量之間存在著頻率與基波頻率不成整數(shù)倍關(guān)系的信號，它表現(xiàn)為離散頻譜或?qū)?帶頻譜。電力系統(tǒng)中主要的間諧波源包括:變頻調(diào)速裝置;高壓直流輸電；電動(dòng)機(jī)和電弧爐 等。與諧波類似，間諧波不僅會(huì)影響無源濾波器工作、引起閃變問題，同時(shí)會(huì)增加電動(dòng)機(jī)損 耗，降低負(fù)荷功率因數(shù)。
[0003]針對間諧波特點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者提出了多種間諧波檢測方法。而由于間諧波固有的 非平穩(wěn)性、頻率難以預(yù)測、幅值往往遠(yuǎn)小于基波與諧波分量等特征，現(xiàn)階段采用的改進(jìn)FFT 方法、基于二階統(tǒng)計(jì)量的AR模型功率譜等方法，難以對間諧波進(jìn)行精確檢測，存在頻譜泄 漏、抗干擾性較差等不足。而較精確的基于高階累積量的測量方法存在運(yùn)算量大、難以滿足 電能質(zhì)量在線檢測實(shí)時(shí)性要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種電力系統(tǒng)間諧波測量方法，該方法可提高間諧波在線檢測的實(shí)時(shí) 性，為電網(wǎng)的電能治理提供依據(jù)。
[0005]為了達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006]-種電力系統(tǒng)間諧波測量方法，包括以下步驟：
[0007]1)將電網(wǎng)的三相電流和三相電壓以采樣頻率fs和采樣點(diǎn)數(shù)N進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，將采 樣所得的信號發(fā)送至A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并經(jīng)過雙口RAM傳輸模塊發(fā)送至DSP處理 豐旲塊；
[0008]2)根據(jù)步驟1)所得的電流和電壓信號采用FFT方法進(jìn)行間諧波檢測，具體步驟如 下：
[0009] 21)將步驟1)中所得的采樣信號作為原始信號；
[001 0] 22)計(jì)算基波和諧波的幅值、相位和頻率；
[0011]23)計(jì)算基波和諧波的頻域信號并作加窗處理；
[0012] 24)從原始信號中減去步驟23)所得的基波和諧波頻率信號，得到間諧波加窗后的 頻域信號；
[0013]25)計(jì)算步驟24)中所得間諧波加窗后的頻或信號的幅值、相位和頻率。
[0014 ] 進(jìn)一步地，所述步驟22)包括以下步驟：
[0015] 221)獲得基波和諧波信號；
[0016]222)將諧波信號進(jìn)行加窗并對加窗后的函數(shù)進(jìn)行連續(xù)傅里葉變換；
[0017] 223)對連續(xù)傅里葉變換所得函數(shù)進(jìn)行抽樣，并作離散傅里葉變換；
[0018] 224)采用多項(xiàng)式逼近法和雙峰譜線修正法，得到幅值、相位和頻率的修正公式。
[0019] 進(jìn)一步地，所述步驟23)采用Hanning窗計(jì)算基波和諧波的頻域信號。
[0020] 進(jìn)一步地，所述步驟25)采用雙峰譜線修正法計(jì)算間諧波的幅值、相位和頻率。 [0021] 進(jìn)一步地，所述步驟25)后還包括步驟26)，所述步驟26)具體方法如下：判斷步驟 25)所得間諧波分量幅值是否收斂，若不收斂，則減去幅值最大的間諧波分量后再采用步驟 25)的方法計(jì)算余下的間諧波分量的幅值、相位和頻率，若收斂則停止計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果 予以顯不。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：
[0023]本發(fā)明通過采集電力系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的電壓、電流信號，考到基波和整次諧波對間諧 波頻譜泄漏的影響，以常規(guī)整次諧波測量方法計(jì)算所得結(jié)果為基礎(chǔ)，直接從原始頻域數(shù)據(jù) 中濾除基波和整次諧波分量，無需進(jìn)行第二次FFT計(jì)算，同時(shí)具有采樣周期短、基于成熟FFT 方法的特點(diǎn)，更易于在線實(shí)時(shí)測量中實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
[0026]為了更好說明本實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品 的尺寸；
[0027]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解 的。
[0028]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。
[0029] 實(shí)施例1
[0030]如圖1所示，一種電力系統(tǒng)間諧波測量方法，包括以下步驟：
[0031 ] 1)將電網(wǎng)的三相電流和三相電壓以采樣頻率fs和采樣點(diǎn)數(shù)N進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，將采 樣所得的信號發(fā)送至A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并經(jīng)過雙口RAM傳輸模塊發(fā)送至DSP處理 豐旲塊；
[0032] 2)根據(jù)步驟1)所得的電流和電壓信號采用FFT方法進(jìn)行間諧波檢測，具體步驟如 下：
[0033] 21)將步驟1)中所得的采樣信號作為原始信號；
[0034] 22)計(jì)算基波和諧波的幅值、相位和頻率；
[0035] 221)獲得基波和諧波信號：
[0036]
[0037]式中Xs(k)為諧波頻率，A為幅值，fo為基波頻率，fs為采樣頻率，Θ為相位角。
[0038] 222)將諧波信號進(jìn)行加窗并對加窗后的函數(shù)進(jìn)行連續(xù)傅里葉變換;設(shè)時(shí)域窗函數(shù) w(k)，其連續(xù)頻譜為W(23if)，則加窗后該信號的連續(xù)傅里葉變換為：
[0039] Λ=-ou
[0040] 式中Xs(f)為Xs(k)的加窗后的連續(xù)傅里葉變換函數(shù)，j為虛數(shù)，f為頻率。將式(1)用 歐拉公式展開后代入上式可得：
[0041]
[0042] 223)對連續(xù)傅里葉變換所得函數(shù)進(jìn)行抽樣，并作離散傅里葉變換。由于正負(fù)頻點(diǎn) 的頻譜對稱性，這里僅分析正頻點(diǎn)附近頻譜函數(shù)。如果忽略負(fù)頻點(diǎn)-fo處頻峰的旁瓣影響， 在正頻點(diǎn)fo附近的連續(xù)頻譜函數(shù)為：
[0043]
[0044]對上式進(jìn)行離散抽樣后，可以得到離散傅里葉變換表達(dá)式：
[0045]
[0046] Λ\(ΙΔ/_)為義乂/_)的離散抽樣后的傅里葉變換函數(shù)。
[0047] 224)采用多項(xiàng)式逼近法和雙峰譜線修正法，得到幅值、相位和頻率的修正公式。
[0048] Af=fs/N為離散頻率間隔，Ν為采樣點(diǎn)。由于峰值頻率fo=k() ·Af難以恰好位于 離散譜線頻點(diǎn)上，即ko往往是非整數(shù)。設(shè)k#Pk2分別為峰值點(diǎn)左右兩側(cè)的譜線，hk2 = h+1，同時(shí)它們也是幅值最接近峰值的兩條譜線。在離散頻譜中找到這兩條譜線，即可確定ki和k2的值。設(shè)這兩條譜線幅值分別為yi，y2:
[0049]
[0050]
[0051] 由于0 <ko-ki< 1，可引入?yún)?shù)a=ko-krO· 5，結(jié)合式(5)可得：
[0052]
[0053]再令i3=(y2-yi)/(y2+yi)，上式可簡化為a =g，i3)，采用切比雪夫多項(xiàng)式逼近法 時(shí)，所求多項(xiàng)式的偶次項(xiàng)系數(shù)將為0。因此，其頻率修正多項(xiàng)式逼近可由下式表示，其中 a3, . . .，a2m+1(m為整數(shù))表示逼近多項(xiàng)式的奇次項(xiàng)系數(shù)：
[0054] a ? Β?β+Β3β3+. . .+a2m+i^2m+1 (9)
[0055] 為了克服單峰譜線修正方法易受到頻譜泄漏和噪聲干擾影響的缺點(diǎn)，次強(qiáng)譜線的 信息也可以用于幅值修正。具體來說就是直接對1^和1?兩根譜線幅值進(jìn)行加權(quán)平均，從而計(jì) 算出實(shí)際的峰值點(diǎn)的幅值。這種方法被稱為雙峰譜線修正方法，其計(jì)算