孤網變頻系統中二次側電流電壓頻率跟蹤方法
【專利摘要】本發明公開了一種孤網變頻系統中二次側電流電壓頻率跟蹤方法，包括以下步驟：1)采樣裝置以10kHz～100kHz的采樣率，采集孤網變頻系統中的電流電壓信號；2)基于傅里葉變換，提取電流電壓信號中的二次側電流電壓待測信號的基波分量；3)利用過零點檢測方法確定二次側電流電壓待測信號的基波分量的過零點，并記錄每個過零點的之間的采樣點數；4)根據過零點之間的采樣點數，確定一個周期的平均采樣點數，假設待測信號的頻率為50Hz，利用頻率計算公式得到待測信號的頻率。本發明的優點有：1、具有較高的魯棒性，跟蹤頻率范圍較寬，在假設頻率為50Hz時，信號頻率從20Hz～100Hz均能正常跟蹤。2、算法實現簡單，測量精度達到要求。具有較高的抗噪聲干擾能力。
【專利說明】
孤網變頻系統中二次側電流電壓頻率跟蹤方法
技術領域：
[0001] 本發明屬于電氣二次系統測量技術領域，具體設及一種孤網變頻系統中二次側電 流電壓頻率跟蹤方法，用于二次系統電流電壓頻率跟蹤。
【背景技術】：
[0002] 孤網運行的電氣系統中，系統頻率會根據電氣設備的工況變頻運行，運行的頻率 范圍在30~60化之間。電流電壓頻率依然是一個非常重要的運行參量，其對于系統的穩定、 安全、效率都有重要意義，且可靠的頻率測量是有功控制、負荷保護、系統恢復的前提條件。 同時，變頻系統中電流電壓采樣值W及對應的二次計算值的準確與否，都取決于頻率測量。 因此，需要一個快速和準確的頻率跟蹤系統。
[0003] 目前頻率跟蹤算法中過零點檢測和計算周波數是簡單和常見的方法，另外離線傅 里葉變換、最小二乘法W及Kalman濾波是很成熟的數字信號處理技術，也可W用于頻率測 量。在頻率跟蹤中會遇到如下問題:噪聲干擾，在實際過零點附近出現波動，出現多個假過 零點，導致頻率測量誤差;高次諧波的影響，系統信號中往往會含有高次諧波，導致過零點 與基波過零點出現偏差，故影響頻率測量。
【發明內容】
：
[0004] 本發明的目的是為了解決快速準確跟蹤電流電壓頻率，提供了一種孤網變頻系統 中二次側電流電壓頻率跟蹤方法。
[0005] 為達到上述目的，本發明通過下述技術方案來實現的：
[0006] 孤網變頻系統中二次側電流電壓頻率跟蹤方法，包括W下步驟：
[0007] 1)采樣裝置W1 Ok化~1 OOk化的采樣率，采集孤網變頻系統中的電流電壓信號； [000引2)基于傅里葉變換，提取二次側電流電壓信號中的基波分量；
[0009] 3)利用過零點檢測方法確定二次側電流電壓的基波分量中過零點，并記錄每個過 零點的之間的采樣點數；
[0010] 4)根據過零點之間的采樣點數，確定一個周期的平均采樣點數，設定假設基波分 量的頻率，利用頻率計算公式得到基波分量的頻率，由于基波分量的頻率即為待測信號的 頻率，故得到待測信號的頻率。
[0011] 本發明進一步的改進在于，步驟2)的具體實現方法如下：
[0012] 201)設初始信號為x(t):
[0013]
(1)
[0014] 式中：C為基波分量的幅值；CO為基波分量角速度，資為初始相位，R(t)為高次諧波 和均值為零的白噪聲信號組成；
[0015] 202)如果基波分量的角速度CO未知，則假設為《3,得到傅里葉系數X如下： (2)
[00161
[0( 9正弦分量和余
弦分量，《a為傅里葉系數中的角頻率，m是假設頻率中一個周期中的采樣點數，且Ta = 23l/ W a , Xn表不束n個乂樣點；
[001引203)假設采集系統的采樣率為fs = m/Ta=l/Ts，Ts是采樣間隔，貝帷離散傅里葉序 列中，基波分量的頻率可W用采樣間隔和的基波分量一個周期內的采樣點表示，即1/(采樣 間隔*采樣點數），待測信號的基波分量cosine和sine,即A和B是時間的周期函數，且A(t)和 B(t)是待測信號頻率f的正交周期函數；
[0019] 其中，Cosine基波分量的表達式為：
[0020]
(3)
[0021] 式中：n表示采樣點位置，m表示一個周期內的采樣點數，XnXn是對應的采樣點值，a 為《aTa/m;對于余弦基波分量有：COaTa=化? fa ? Ta。
[0022] 本發明進一步的改進在于，步驟3)的具體實現方法如下：
[0023] 301)在過零點處，如從正半軸到負半軸，上一個周期中最后一個采樣點為正值Ap, 下一個周期第一個采樣點An為負值；
[0024] 在過零點區域，cosine函數用線性函數表示為：
[00巧]
且假設K+P = l (4)
[00%] 302) h沐公擊巧開文/為，
[0027]
(65)
[0028] 303)當基波分量經過過零點時，從正半周到負半周，P表示為下一個周期的第一個 采樣點；在下一個過零點處，從負半軸到正半軸，K表示為前一個周期的最后一個點，P表示 下一個周期的第一個點，所有介于An和Ap之間的采用點等于1，同一時刻P+K的值永遠等于1， 其中，P<1，K<1。
[0029] 本發明進一步的改進在于，步驟4)的具體實現方法如下：
[0030] 根據過零點檢測得到一個周期內的采樣點個數，通過統計M個周期內的平均樣本 數，計算基波分量的頻率；
[0031 ] Ma表示一個存儲M個周期內，每個周期內采樣點個數，如下式所示：
[003^ Ma= [XA1XA2XA3........xam]t (6)
[0033] M個周期的平均采樣點數為：
[0034]
(7)
[0035] 基波信號的頻率f為：
[0036]
(8)
[0037] 其中，fa為假設基波分量的頻率，m為基波分量一個周期內的采樣點數；
[0038] 待測信號的頻率即為基波信號的頻率f。
[0039] 本發明進一步的改進在于，M的取值為4~10。
[0040] 本發明對比已有技術具有W下創新點：
[0041 ] 1、使用傅里葉變換提取基波分量，具有濾波的作用，且不受初始相位影響；
[0042] 2、改進了過零點的選取方法，將過零點處的兩個采樣點根據過零點處正半軸最后 一個采樣點和負半軸第一個采樣點的乘積關系確定
[0043] 本發明對比已有技術具有W下顯著優點：
[0044] 1、具有較高的魯棒性，跟蹤頻率范圍較寬，在假設頻率為50化時，信號頻率從20化 ~IOOHz均能正常跟蹤。
[0045] 2、算法實現簡單，測量精度達到要求。具有較高的抗噪聲干擾能力。
【附圖說明】：
[0046] 圖1為本發明方法從含有高次諧波的原始信號中提取基波分量的示意圖；
[0047] 圖2為本發明方法在噪聲SNR=IO干擾時的基波分量提取示意圖；
[0048] 圖3為本發明方法過零點檢測的示意圖；
[0049] 圖4為本發明方法頻率跟蹤效果示意圖。
【具體實施方式】：
[0050] W下結合附圖對本發明做出進一步的說明。
[0051] 本發明的基本思想是利用融合小波包分解與奇異值分解實現局部放電電磁波能 量信號的有效提取，具體流程如下：
[0052] 1、初始化各個變量
[0053] a)采集系統的采樣頻率為fs，采樣間隔Ts = 1/fs
[0054] b)假設基波分量的頻率為fa,則周期為Ta=l/fa，一個周期內的采樣點數m為m = Ta/Ts；
[0055] C)實際頻率為f;
[0056] 2、讀取原始信號時域波形，并存儲為數組X;
[0057] 3、采用如下公式提取信號的基波分量；
[005引
（3)
[0059] 其中：n表示采樣點位置，m表示一個周期內的采樣點數，Xn是對應的采樣點值，a為 ?aTa/m;對于余弦基波分量則有：OaTa=化? fa ? Ta。
[0060] 4、進行過零點位置檢測，根據如下公式(4)，計算每個采樣點的P和K，
[0061 ]
，且假設 K+P = l (4)
[0062] 則有；
[0063]
[0064] 如果P(i)<l并且K(i)<l，則x(i)為過零點處前一個周期的最后一采樣點。
[0065] 5、計算M個(4~10)周期的平均周期采樣點數
[0066] Ma表示一個存儲M個周期內，每個周期的采樣點個數，如下式所示：
[0067] Ma= [XA1XA2XA3........xam]^ (6)
[0068] M個周期的平均采樣點數為：
[0069]
O
[0070] 6、計算基波分量的頻率
[0071] 基波分量的頻率為：
[007^
錢）
[0073] 其中fa為假設基波分量的頻率，一般為50化，m為基波分量一個周期內的采樣點 數。
[0074] 7、基波信號的頻率巧P為待測信號的頻率。
【主權項】
1. 孤網變頻系統中二次側電流電壓頻率跟蹤方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 采樣裝置以I OkHz~I OOkHz的采樣率，采集孤網變頻系統中的電流電壓信號； 2) 基于傅里葉變換，提取二次側電流電壓信號中的基波分量； 3) 利用過零點檢測方法確定二次側電流電壓的基波分量中過零點，并記錄每個過零點 的之間的采樣點數； 4) 根據過零點之間的采樣點數，確定一個周期的平均采樣點數，設定假設基波分量的 頻率，利用頻率計算公式得到基波分量的頻率，由于基波分量的頻率即為待測信號的頻率， 故得到待測信號的頻率。2. 根據權利要求1所述的孤網變頻系統中二次側電流電壓頻率跟蹤方法，其特征在于， 步驟2)的具體實現方法如下： 201)設初始信號為x(t):(1) 式中：C為基波分量的幅值；ω為基波分量角速度，爐為初始相位，R(t)為高次諧波和均 值為零的白噪聲信號組成； 909)加里其姑公畺的隹詰齒《去4n. Ul丨丨假沿* f,L .鋃韻丨値里Π +茗撒(2) 汙量和余弦分 量，COa為傅里葉系數中的角頻率，m是假設頻率中一個周期中的采樣點數，且Ta = 2V?a，Xn 表不第η個米樣點； 203)假設采集系統的采樣率為fs=m/Ta=l/Ts，Ts是采樣間隔，則在離散傅里葉序列中， 基波分量的頻率可以用采樣間隔和的基波分量一個周期內的采樣點表示，即1/(采樣間隔* 采樣點數），待測信號的基波分量cosine和sine，即A和B是時間的周期函數，且A(t)和B(t) 是待測信號頻率f的正交周期函數； 其中，Cosine某波分量的表汰式為：(3) 式中：η表示采樣點位置，m表示一個周期內的采樣點數，χηΧη是對應的采樣點值，α為ω aTa/m;對于余弦基波分量有：CoaTa = 2jt · fa · Ta。3. 根據權利要求1所述的孤網變頻系統中二次側電流電壓頻率跟蹤方法，其特征在于， 步驟3)的具體實現方法如下： 301) 在過零點處，如從正半軸到負半軸，上一個周期中最后一個采樣點為正值Ap，下一 個周期第一個采樣點An為負值； 在過零點區域，cosine函數用線性函數表示為： i 假設 K+P=l (4) 302)上述公式變形為： (5) 303)當基波分量經過過零點時，從正半周到負半周，P表示為下一個周期的第一個采樣 點；在下一個過零點處，從負半軸到正半軸，K表示為前一個周期的最后一個點，P表示下一 個周期的第一個點，所有介于A4PA P之間的采用點等于1，同一時刻P+K的值永遠等于1，其 中，Ρ〈1，Κ〈1〇4. 根據權利要求1所述的孤網變頻系統中二次側電流電壓頻率跟蹤方法，其特征在于， 步驟4)的具體實現方法如下： 根據過零點檢測得到一個周期內的采樣點個數，通過統計M個周期內的平均樣本數，計 算基波分量的頻率； Ma表示一個存儲M個周期內，每個周期內采樣點個數，如下式所示： Ma= [ΧΑ1ΧΑ2ΧΑ3........XAM ]Τ (6) M個周期的平均采樣點數為：(?) (S) 其中，fa為假設基波分量的頻率，m為基波分量一個周期內的采樣點數； 待測信號的頻率即為基波信號的頻率f。5. 根據權利要求4所述的孤網變頻系統中二次側電流電壓頻率跟蹤方法，其特征在于， M的取值為4~10。
【文檔編號】G01R23/16GK106018958SQ201610311327
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月11日
【發明人】趙煦, 兀鵬越, 馮仰敏
【申請人】西安西熱節能技術有限公司