交流电信号的周期检测方法及相位差检测方法技术

本发明专利技术揭露了一种交流电信号的周期检测方法及相位差检测方法，所述周期检测方法包括：按照相同的采样时间间隔采样单相交流电信号的波形以获得采样点；从预定采样点开始截取N个连续的采样点作为一组初始样本，N为整数，且N与所述采样时间间隔的乘积大于等于所述交流电信号的最小周期；从预定采样点后的采样点中依次连续截取多组采样点作为多组目标样本，每组目标样本包括N个连续的采样点；计算每组目标样本与初始样本的互相关性；和其中互相关性最高的目标样本与初始样本之间的时间间隔即为所述单相交流电信号的周期。

Periodic detection method of alternating current signal and phase difference detection method

The present invention discloses cycle detection method and a phase difference detection method of AC signal, including the cycle detection method: according to the same sampling time interval sampling of single-phase AC signal waveform to obtain the sampling points; from a predetermined sampling point began to intercept N consecutive sampling points as a group of initial sample, N is an integer, the product and the N and the sampling interval is greater than the minimum period is equal to the AC signal from a predetermined sampling point; the sampling points in sequence for the interception of multiple sampling points as multiple target samples, each target samples including N consecutive sampling points; cross-correlation calculation of each target samples and initial samples the correlation between; and the highest target sample and initial sample time interval is the period of the single-phase alternating current signal.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力传输领域，特别涉及对三相交流电信号的周期和相位差进行检测 的方法。
技术介绍
三相交流电的相位测量通常可以通过三相综合矢量及坐标变换来求出相位。这种 方法对于只有单相电压或者缺相的交流电而言，无法计算相位。而现有技术中，单相交流电的周期和相位的测量方法通常是根据交流电信号中的 过零点来计算频率并估算相位的，所谓过零点是指交流电信号(正弦型信号)由低到高变 化时通过X轴时的过零点。如图1所示，具体的实现方法为通过比较器及相关电路在交流 电信号由负到正过零处产生上升沿信号，检测相邻两个上升沿的时间间隔，此时间间隔即 为周期T，周期T的倒数即为频率。任一时刻与先前最近一个过零点的时间间隔为t，则此 时刻的相位用角度表示即为t/T*360°。但是上述方法的缺点在于测量精度与过零点的采集精度息息相关。如果过零点 附近有抖动或者较低的正弦度导致过零点电压畸变，都将导致上升沿信号与实际过零点有 偏离。也就是说，一旦过零点的采集不准确，那么将导致该交流电信号的周期和相位检测不 准确。在实际应用中发现，在测量三相交流电信号的周期和相位差时，不仅需要测量精 度高，而且还需要测量速度足够快，近乎能够测量出“瞬时”相位以利于后续处理，同时希望 还能够对交流电信号的更多参数进行测量，比如各相交流电信号之间的相位差、相位顺序 和能量等等。显然，现有技术不能很好地解决上述问题。因此，亟待提出一种先进的、可以克服上述缺点的技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种交流电信号的周期检测方法，具有测量精度高、测量 速度快的特点。本专利技术的另一目的在于提供一种交流电信号的相位差检测方法，具有测量精度 高、测量速度快的特点。为了达到本专利技术的目的，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种交流电信号的 周期检测方法，所述方法包括按照相同的采样时间间隔采样单相交流电信号的波形以获 得采样点；从预定采样点开始截取N个连续的采样点作为一组初始样本，N为整数，且N与 所述采样时间间隔的乘积大于等于所述交流电信号的最小周期；从预定采样点后的采样点 中依次连续截取多组采样点作为多组目标样本，每组目标样本包括N个连续的采样点；计 算每组目标样本与初始样本的互相关性；和其中互相关性最高的目标样本与初始样本之间 的时间间隔即为所述单相交流电信号的周期。进一步地，所述“从预定采样点开始”包括从预定采样点开始但不包括预定采样点ο进一步地，设所述初始样本为B(η)，η为整数，且η e ，目标样本为B(n+k)， η为整数，且η e ，k为目标样本和初始样本之间的间隔采样点数，则所述目标样本与 初始样本的互相关性通过如下公式计算NYjBCn) ^B(n+k),η 二1其中与初始样本互相关性最高的目标样本中的k与采样时间间隔的乘积即为所 述单相交流电信号的周期。进一步地，当检测所述单相交流电信号的最小周期时，所述间隔采样点数k的取 值范围为((最小周期估计值-预定阀值)/采样时间间隔，(最小周期估计值+预定阀值)/ 采样时间间隔)，其中(最小周期估计值+预定阀值)< (2*最小周期估计值)。根据本专利技术的另一方面，本专利技术提供一种交流电信号的相位差检测方法，所述方 法包括按照相同的采样时间间隔采样第一相交流电信号和第二相交流电信号分别获得采 样点；从第一相交流电信号的预定采样点开始截取N个连续的采样点作为一组初始样本，N 为整数，且N与所述采样时间间隔的乘积大于等于所述交流电信号的最小周期；在所述预 定采样点对应的时刻后开始从第二相交流电信号的采样点中依次连续截取多组采样点作 为多组目标样本，每组目标样本包括N个连续的采样点；计算每组目标样本与初始样本的 互相关性；和根据互相关性最高的目标样本与初始样本之间的时间间隔计算第一相交流电 信号与第二相交流电信号之间的相位差。进一步地，设初始样本为A(n)，目标样本为B(n+k)，其中η为整数，且η e , k为目标样本和初始样本之间的间隔采样点数，则所述目标样本与初始样本的互相关性通 过如下公式计算N^A (n) *B(n+k)。η 二1进一步地，所述间隔采样点数k为整数，且间隔采样点数k的取值范围为，其中T为所述单相交流电信号的最小周期，tc为采样时间间隔，M为1至5中的任一 整数进一步地，所述根据互相关性最高的目标样本与初始样本之间的时间间隔计算第 一相交流电信号与第二相交流电信号之间的相位差包括根据互相关性最高的目标样本与 初始样本之间的间隔采样点数k与采样时间间隔的乘积计算互相关性最高的目标样本与 初始样本之间的时间间隔Tmax ；和根据公式360° *Tmax/T来计算第一相交流电信号与第 二相交流电信号之间的相位差，其中T为单相交流电信号的最小周期。进一步地，所述初始样本和目标样本中的N为N = T/tc+S,其中T为所述单相交流电信号的最小周期，tc为采样时间间隔，S为1至20中的任一整数。与现有技术相比，本专利技术提供的， 采用交流电信号中的多个采样点作为运算对象，通过互相关性计算来完成周期和相位差的 计算，故测量精度较高，计算误差不易受到波形畸变等因素的干扰。另一方面，通过适当调整参数N和k的取值，可以达到非常快的计算速度，同时各个采样点还可以用于计算三相交 流电信号的其他参数和后续处理。附图说明结合参考附图及接下来的详细描述，本专利技术将更容易理解，其中同样的附图标记 对应同样的结构部件，其中图1为现有技术中的三相交流电信号的相位差检测方法的波形示意图；图2为本专利技术的一个实施例中的交流电信号的周期检测方法的方法流程图；图3为本专利技术的一个实施例中的单相交流电信号的波形示意图；图4为本专利技术的一个实施例中的正弦波的三角变换特性示意图；图5为本专利技术的一个实施例中的交流电信号的相位差检测方法的方法流程图；和图6为本专利技术的一个实施例中的第一相交流电信号和第二相交流电信号的波形 示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术首先提供一种交流电信号的周期检测方法，所述交流电信号的周期检测方 法采用的基本思想为交流电信号中的各相交流电信号为正弦型或者余弦型的周期波形， 每个周期内的波形具有相同的特征，利用波形之间的互相关性在相邻周期寻找与当前周期 的特征波形符合的目标波形，在找到所述目标波形时，也即找到了所述交流电信号的周期。请参考图2，其示出了本专利技术的一个实施例中的交流电信号的周期检测方法200 的方法流程图。由于三相交流电中的每一相交流电信号的周期都是相同的，故只需测量某 一相交流电信号的周期即可，以下统称某一相交流电信号为单相交流电信号，所述交流电 信号的周期检测方法200包括步骤201，按照相同的采样时间间隔采样单相交流电信号的波形以获得采样点。首先将单相交流电信号通过诸如模数转换器之类的设备进行采样，采样时需要按 照相同的采样时间间隔进行采样，所述相同的采样时间间隔可以为模数转换器的默认采样 时间间隔。显然，所述相同的采样时间间隔相对于单相电信号的周期越小，那么计算的结果 准确率越高。通过所述采样可以获得一系列的采样点，所述一系列的采样点可以参考图3 所示。步骤202，从预定采样点开始截取N个连续的采样点作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种交流电信号的周期检测方法，其特征在于，其包括：按照相同的采样时间间隔采样单相交流电信号的波形以获得采样点；从预定采样点开始截取Ｎ个连续的采样点作为一组初始样本，Ｎ为整数，且Ｎ与所述采样时间间隔的乘积大于等于所述交流电信号的最小周期；从预定采样点后的采样点中依次连续截取多组采样点作为多组目标样本，每组目标样本包括Ｎ个连续的采样点；计算每组目标样本与初始样本的互相关性；和其中互相关性最高的目标样本与初始样本之间的时间间隔即为所述单相交流电信号的周期。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯向光，陶晶晶，顾奇龙，
申请(专利权)人：无锡辐导微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：32