本发明专利技术提出一种电力系统的谐波分析方法，包含以下步骤：计算电力系统基频的频率，以及对电力系统的采样信号序列进行加窗处理并进行傅丽叶变换；将计算出的电力系统基频的频率作为电力系统的真实频率，从而得到加窗后的傅里叶变换频谱的近似解析式；根据计算出的电力系统基频的频率来计算电力系统谐波的频率，并根据所述近似解析式计算电力系统基频的幅值和电力系统谐波的幅值；根据电力系统的采样信号的频率和计算出的电力系统的频率之间的频率差来计算电力系统基频和谐波的相位。本发明专利技术方法对电力系统谐波能够进行精度极高的计算，同时该方法的计算简单，满足了对于实时电力系统检测的需要。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及谐波分析方法及其装置，尤其涉及一种在电力系统中进行谐波分析的 方法和实现该方法的装置。
技术介绍
对于实时电力监测设备而言，需要采用高精度、计算简单的电力谐波分析方法对 电力系统的信号进行实时分析，以便于设备的监测和调整。目前广泛采用快速傅丽叶变换 (FFT，Fast Fourier Transform)来计算电力系统中测量信号的谐波频率、幅度和相位角。 但是采用这种方法的一个缺点是由于难于实现信号的同步采样，从而导致频谱泄露，造成 计算数据的不准确。现有技术中通常采用两种方法来减少频谱泄露带来的影响。一种方法是对测量信 号进行同步采样，因此可以对一个整数倍信号周期的采样信号进行傅丽叶变换，避免频谱 泄露。但是，由于电力系统的频率是实时变化的，几乎很难对测量信号进行同步采样。无论 是锁相环(PLL，Phase Lock Loop)还是微机(MCU,Micro Computer Unit)控制的软件进行 采样，都很难完全实现同步采样。另外一种方法是使用加窗_插值傅丽叶变换来减少频谱泄露带来的影响。图1为 典型的加窗-插值傅丽叶变换流程图。其步骤为首先，对电力系统的采样信号序列进行加 窗，并进行快速傅丽叶变换。其次，根据快速傅丽叶变换的结果使用插值来计算采样信号的 参考频率和电力系统频率之间的差值5。再次，根据快速傅丽叶变换的结果来计算电力系 统基频和谐波的频率、幅度和相位。最后，根据采样信号的参考频率和电力系统频率之间的 差值S来校正电力系统基频和谐波的频率、幅度和相位。上述加窗-插值傅丽叶变换虽然能对频谱泄露问题进行较好的处理，但是在使用 过程中存在以下问题。第一，这种方法的精度和所使用的加窗函数有关，通常优选4阶或4 阶以上的加窗函数。但是，加窗函数的阶数越高，该方法的计算复杂度越大，这对于对实时 性要求很高的电力系统检测装置而言极为不利。第二，使用该方法所得到的电力系统的频 率与真实频率相比，尚有一定误差，也就是说，该方法的计算精度不够高。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种在电力系统中进行谐波分析的方法和实现该方 法的装置，通过该方法能够更加准确地对电力系统的基频和谐波的频率、幅度、相位进行计 算，并且该方法相对简单、计算复杂度低。为实现上述目的，本专利技术提供了一种电力系统的谐波分析方法，该方法包含以下 步骤(1)计算电力系统基波的频率，以及对电力系统的采样信号序列进行加窗处理并 进行傅丽叶变换，来求得基波的幅值与初始相位及各次谐波的幅值与初始相位；(2)将计算出的电力系统基波的频率作为电力系统的真实频率，从而得到加窗后的傅丽叶变换频谱的近似解析式；(3)根据所述近似解析式计算基波及各次谐波幅值的校正因子，并对上述求得的 基波及谐波的幅值进行校正；(4)利用所述窗函数的相频特性来修正基波及各次谐波的初始相位。其中，所述步骤(1)中计算电力系统基波的频率包括以下步骤(11)获取一个以上的信号采样周期的电力系统信号；(12)对所述电力系统基波的频率进行初次计算；(13)根据所述初次计算得到的采样信号基波的傅丽叶变换复系数、基波频率与采 样频率，对所述电力系统基波的真实频率进行二次逼近；(14)根据所述二次逼近得到的基波频率对信号采样系列进行调整，对所述电力系 统基波的真实频率进行三次逼近。其中，所述步骤(12)中对电力系统基波的频率进行初次计算包括以下步骤(121)对每一个信号采样周期内的采样信号进行傅丽叶变换，从而计算得到所述 采样信号基波的傅丽叶变换复系数；(122)根据所述傅丽叶变换复系数计算每一个信号周期的初始相位角；(123)计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的差值；(124)计算所述初始相位角的差值的平均值；(125)根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系统基波的频率。其中，所述步骤(13)中对所述电力系统基波的真实频率进行二次逼近包括以下 步骤(131)根据所述初次计算得到的基波的频率来调整所述傅丽叶变换复系数；(132)计算每一个信号周期的初始相位角；(133)计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的差值；(134)计算所述初始相位角的差值的平均值；(135)根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系统基波的频率。其中，所述步骤(14)中对所述电力系统基波的真实频率进行三次逼近包括以下 步骤(141)根据所述二次逼近所得到的电力系统基波的频率调整采样系列中每个信号 采样周期的采样数；(142)对调整过的每一个信号采样周期内的采样信号进行傅丽叶变换，从而计算 得到所述采样信号基波的傅丽叶变换复系数；(143)根据所述傅丽叶变换复系数计算每一个信号周期的初始相位角；(144)计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的差值；(145)计算所述初始相位角的差值的平均值；(146)根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系统基波的频率。根据本专利技术的一个优选方案，在所述步骤(11)中，所述电力系统信号为电压信号。根据本专利技术的一个优选方案，计算电力系统基波的频率时，所述傅丽叶变换为离 散傅丽叶变换。相应地，本专利技术提出一种电力系统的谐波分析装置，用于对电力系统的谐波进行 分析，所述装置包括电力系统基频计算模块，用于计算电力系统基波的频率；加窗及傅丽叶变换频谱计算模块，用于对电力系统的采样信号序列进行加窗处理 并进行傅丽叶变换，来求得基波的幅值与初始相位及各次谐波的幅值与初始相位；校正模块，根据加窗后的傅丽叶变换频谱的近似解析式计算基波及各次谐波幅值 的校正因子，并对上述求得的基波及谐波的幅值进行校正，以及利用加窗函数的相频特性 来修正基波及各次谐波的初始相位。其中，所述电力系统基频计算模块包括获取模块，用于获取一个以上的信号采样周期的电力系统信号；初次计算模块，用于对所述电力系统基波的频率进行初次计算；二次逼近模块，根据所述初次计算得到的采样信号基波的傅丽叶变换复系数、基 波频率与采样频率，对所述电力系统基波的真实频率进行二次逼近；三次逼近模块，根据所述二次逼近得到的基波频率对信号采样系列进行调整，对 所述电力系统基波的真实频率进行三次逼近。其中，所述初次计算模块包括傅丽叶变换复系数计算子模块，用于对每一个信号采样周期内的采样信号进行傅 丽叶变换，从而计算得到所述采样信号基频的傅丽叶变换复系数；初始相位角计算子模块，根据所述傅丽叶变换复系数计算每一个信号周期的初始 相位角；初始相位角差值计算子模块，计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的差值；初始相位角差值的平均值计算子模块，用于计算所述初始相位角的差值的平均 值；电力系统基频计算子模块，用于根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系 统基波的频率。其中，所述二次逼近模块包括傅丽叶变换复系数调整子模块，根据所述初次计算得到的基波的频率来调整所述 傅丽叶变换复系数；初始相位角计算子模块，根据所述傅丽叶变换复系数计算每一个信号周期的初始 相位角；初始相位角差值计算子模块，计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的差值；初始相位角差值的平均值计算子模块，用于计算所述初始相位角的差值的平均 值；电力系统基频计算子模块，用于根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系 统基波的频率。其中，所述三次逼近模块包括本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电力系统的谐波分析方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：（１）计算电力系统基波的频率，以及对电力系统的采样信号序列进行加窗处理并进行傅丽叶变换，来求得基波的幅值与初始相位及各次谐波的幅值与初始相位；（２）将计算出的电力系统基波的频率作为电力系统的真实频率，从而得到加窗后的傅丽叶变换频谱的近似解析式；（３）根据所述近似解析式计算基波及各次谐波幅值的校正因子，并对上述求得的基波及谐波的幅值进行校正；（４）利用所述窗函数的相频特性来修正基波及各次谐波的初始相位。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡喜，邢建辉，卓越，胡飞凰，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。