電力系統諧波的檢測方法與流程
2023-12-03 13:03:01
本發明涉及一種檢測方法，尤其是一種電力系統諧波的檢測方法。
背景技術：
由電力電子裝置帶來的諧波問題對電力系統安全、穩定、經濟運行構成潛在威脅，給周圍電氣環境帶來了極大影響，諧波已成為電網的一大公害。電網諧波同時也是電力電測綜合儀表中較為重要的測量參數。
諧波測量方法經歷了由模擬式發展到電子式、數字式、智能化的過程。主要包括基於模擬濾波器的諧波測量方法、基於瞬時無功功率的p-q法和ip-iq法、基於傅立葉變換或小波變換的諧波測量方法、基於神經網絡的諧波測量方法、基於pisarenko法和music法的諧波測量方法、基於虛擬磁勢法的諧波測量方法、基於kalman濾波、遺傳算法、模擬退火算法的諧波測量方法等。同步採樣結合快速傅立葉變換的技術路線大都會導致硬體的複雜化及儀表成本的提高，而運算複雜、運算量大的方法又無法適應電力電測儀表中資源有限的處理器。如何在通過較小的成本代價實現電網諧波的測量功能，同時能夠較好地適應頻率變化的電網環境，是電力電測儀表中實現諧波檢測的一大難點。
技術實現要素：
為了解決上述技術問題，本發明創造提供了一種諧波檢測方法，通過測量電網頻率，並以固定的採樣頻率採樣待測電壓或電流通道獲得採樣數據序列，利用獲得的電網頻率及待測電壓或電流通道的採樣數據計算其諧波成分。
為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是：
一種電力系統諧波的檢測方法，測量電網頻率，以固定的採樣頻率採樣待測電壓或電流通道獲得至少3.5個電網周期的採樣數據，利用獲得的電網頻率及待測電壓或電流通道的採樣數據計算其諧波成分。步驟為：
1)、基頻成分測量：利用下式計算採樣數據序列中的基頻成分
其中，fm是經數據處理後的電網頻率的測量值，e是電網頻率為50hz時頻率測量的均方根誤差，fl是經誤差補償後的頻率值，n是後續計算所需的整數部分，nf是後續計算所需的小數部分，fs是採樣頻率，為向下取整運算，s(k)是以固定採樣頻率採樣待測電壓或電流通道獲得的採樣數據序列的第k個採樣數據，s(n)是以固定採樣頻率採樣待測電壓或電流通道獲得的採樣數據序列的第n個採樣數據，sin(·)與cos(·)為正弦函數與餘弦函數，a1、b1是採樣數據序列中基頻成分的正交分量，c1是採樣數據序列中基頻成分的有效值；
2)、從採樣數據序列中減除基頻成分：
k＝0,1,…,n
3)、諧波成分初測：利用下式依次計算樣數據序列中的諧波成分，獲得其初測值
其中，n＝2,3,…,nh，nh為待測的最高次諧波，an、bn是採樣數據序列中第n次諧波的正交分量，cn為第n次諧波的有效值；
4)、諧波成分排序：建立排序表r，利用步驟3中得到的諧波初測值，將各次諧波的次數按其有效值從大到小排序後依次寫入排序表，將排序表索引q置為0；
5)、清零：將各次待測諧波的諧波率置零；
hrm＝0
m＝2,3,…,nh
6)、諧波成分測量：根據排序表r及其當前的索引q，分析第m次諧波成分
m＝r[q]
其中，r[q]為排序表r中的第q個數據，am、bm是採樣數據序列中第m次諧波的正交分量，cm為第m次諧波的有效值，hrm是第m次諧波的諧波含有率，如果其數值小於諧波檢測設定的閾值則進入步驟9，否則進入步驟7；
7)、從採樣數據序列中減除步驟6中已測的第m次諧波成分：
k＝0,1,…,n
8)、判斷：排序表索引+1，如果排序表索引超出排序表範圍則進入步驟9，否則返回步驟6；
9)、輸出：將各次諧波的諧波率計算結果輸出，返回。
所述的電網頻率的測量值fm是對電網頻率測量數據ft經下式迭代處理後得到
其中，α為迭代係數，根據電網頻率測量數據ft及當前電網頻率測量值輸出選取，電網頻率測量值迭代更新輸出，為迭代初值
其中
計算所需的正弦與餘弦函數數值採用查表法獲得，建立一個長度為ltbl的正弦函數查找表tbl，存儲一個周期的正弦函數數值，即
p＝0,1,…ltbl-1
ltbl＝2l
其中，p正弦函數查找表tbl的索引，l為正整數；
對於諧波分析計算所需的第m次諧波的第k個正弦函數數值通過下面的計算獲得
其中，為中間變量，用於計算第m次諧波的第k個正弦函數數值在正弦函數查找表tbl中的索引long(·)為數據類型轉換運算，將其他類型數據轉換為32位的無符號長整形；
對於諧波分析計算所需的第m次諧波的第k個餘弦函數數值通過下面的計算獲得
本發明提出的電力系統諧波檢測方法，採用固定的採樣頻率採樣待測電壓或電流通道，結合電網頻率的測量結果測量待測通道的諧波。無需附加的硬體，對電網頻率的大範圍變化亦具有較強的適應性。同時，本發明提出的諧波檢測方法可以根據實際儀表條件與檢測要求靈活調整參數，適用性強。
附圖說明
圖1：為本發明框圖。
圖2：為本發明仿真數據圖。
具體實施方式
附圖1是以att7022c及msp430f47166為核心的本發明的實施例框圖。
三相電流分別經過電流互感器後，通過低溫漂精密電阻將電流信號轉換為電壓信號，經過濾波保護電路後，分別與att7022c的三個電流通道相連，三相電壓分別經過電阻分壓網絡及濾波保護電路後，分別與att7022c的三個電壓通道相連，a相電壓經光耦隔離單元後輸出至msp430f47166用於電網頻率測量，msp430f47166的gpio接口經電平轉換後與att7022c的spi接口引腳連接。
msp430f47166通過att7022c的spi接口設置待測的電壓或電流通道，att7022c將以3.2khz的固定採樣頻率及16bit的解析度採集預設通道，並將採樣數據暫存於片上的240字的存儲器中。待att7022c數據採集完畢，msp430f47166通過att7022c的spi接口將att7022c存儲器中的採樣數據讀入msp430f47166的片上存儲器中用於諧波分析計算。
msp430f47166利用來自光耦隔離單元的數字脈衝信號測量電網的頻率，並對測量數據採用如下的迭代處理提高頻率測量精度
其中
通過頻率測量結果與信號源的標稱輸出頻率統計出頻率測量的均方根誤差e，將之用於頻率補償
結合電網頻率測量值與待測電壓或電流通道的採樣數據經計算基頻成分、從採樣數據序列中減除基頻成分、諧波成分初測、初測諧波成分排序、諧波成分再測量等步驟得到諧波測量結果。
1)、基頻成分測量
其中，fm是經數據處理後的電網頻率的測量值，e是電網頻率為50hz時頻率測量的均方根誤差，fl是經誤差補償後的頻率值，n是後續計算所需的整數部分，nf是後續計算所需的小數部分，fs是採樣頻率，為向下取整運算，s(k)是以固定採樣頻率採樣待測電壓或電流通道獲得的採樣數據序列的第k個採樣數據，s(n)是以固定採樣頻率採樣待測電壓或電流通道獲得的採樣數據序列的第n個採樣數據，sin(·)與cos(·)為正弦函數與餘弦函數，a1、b1是採樣數據序列中基頻成分的正交分量，c1是採樣數據序列中基頻成分的有效值；
2)、從採樣數據序列中減除基頻成分；
k＝0,1,…,n
3)、諧波成分初測
n＝2,3,…,21
其中，n＝2,3,…,nh，nh為待測的最高次諧波，an、bn是採樣數據序列中第n次諧波的正交分量，cn為第n次諧波的有效值；
4)、建立排序表r，利用步驟3中得到的諧波初測值，將各次諧波的次數按其有效值從大到小排序後依次寫入排序表，將排序表索引q置為0；
5)、將各次待測諧波的諧波率置零；
hrm＝0
m＝2,3,…,21
6)、根據排序表r及其當前的索引q，分析第m次諧波成分；
m＝r[q]
其中，r[q]為排序表r中的第q個數據，am、bm是採樣數據序列中第m次諧波的正交分量，cm為第m次諧波的有效值，hrm是第m次諧波的諧波含有率，如果其數值小於諧波檢測設定的閾值則進入步驟9，否則進入步驟7；
7)、從採樣數據序列中減除步驟6中已測的第m次諧波成分：
k＝0,1,…,n
8)、排序表索引+1，如果排序表索引超出排序表範圍則進入步驟9，否則返回步驟6；
9)、將各次諧波的諧波含有率計算結果輸出，返回。
為提高計算速度，對計算所需的正弦與餘弦函數數值採用查表法獲得。建立一個長度為1024的正弦函數查找表tbl，存儲一個周期的正弦函數數值，即
p＝0,1,…1023
其中，p正弦函數查找表tbl的索引；
對於諧波分析計算所需的第m次諧波的第k個正弦函數數值通過下面的計算獲得
其中，為中間變量，用於計算第m次諧波的第k個正弦函數數值在正弦函數查找表tbl中的索引long(·)為數據類型轉換運算，將其他類型數據轉換為32位的無符號長整形；
對於諧波分析計算所需的第m次諧波的第k個餘弦函數數值通過下面的計算獲得