[发明专利]一种高准确度非整周期采样谐波分析测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号测量方法，特别是对包含谐波成分的信号的测量方法。

背景技术

随着电力电子装置、半导体器件等非线性负荷的广泛使用，电力系统中的谐波污染越来越严重。为了保证电能质量以及电力系统的安全运行，应对谐波进行准确检测和分析，从而为治理谐波提供更科学的依据。另外，目前国内外出现了多种谐波测量仪器，为了确保这些仪器量值的统一，也有必要研究高准确度的谐波测量方法。

用于谐波测量的数字信号处理方法有相关分析法、基于离散傅立叶变换(DFT)的快速傅立叶变换(FFT)法、小波变换法、神经网络法及遗传算法等。目前，FFT应用较广。在利用FFT测量含有谐波的信号时，若数据采集系统的采样频率满足采样定理，而且采样样本覆盖的时间是被测信号周期的整数倍，即相当于数据采集系统做到了整周期采样，此时利用FFT可以获得准确度很高的谐波参数。但是在实际中，由于被测信号的周期未知，加上数据采集系统硬件的限制，整周期采样通常很难实现。在非整周期采样条件下，由于长范围泄漏、短范围泄漏、负频点泄漏的影响，利用FFT测量谐波参数时将出现较大的误差。为了提高测量准确度，现有的方法是在忽略负频点泄漏的基础上，通过对采样样本施加窗函数来减小长范围泄漏，采用插值方法来减小短范围泄漏。由于这些方法忽略了负频点泄漏，而采用窗函数也无法将长范围泄漏降至最低，因而其准确度有限。现有的测量方法得到结果的准确度约在10^-5～10^-4之间。

发明内容

为了获得高准确的谐波测量结果，本发明提供了一种谐波测量方法，同时减小长范围泄漏、短范围泄漏和负频点泄漏，从而提高了谐波测量结果的准确度。

本发明的技术方案如下：

高准确度谐波测量方法，包括：

A、对包含谐波的被测量信号进行采样的步骤，和

B、对得到的采用样本进行DFT或FFT处理的步骤，还包括如下步骤：

C、从经过步骤B处理得到的离散频谱中选取谱线，选取的规则是：

选取谱线的数量为K+1，K为大于1的自然数，K的值为基波数量和要测量的谐波数量之和；选取的谱线为第p₁根谱线，第p₂根谱线，......，第p_(K+1)根谱线，其中p₁，p₂，…，p_K+1为谱线在离散频谱中的序号；第p₁根谱线的实部为虚部为第p₂根谱线的实部为虚部为第p₃根谱线的实部为虚部为......，第p_(K+1)根谱线的实部为虚部为

第p₁根谱线选取离散频谱中谱峰最大的谱线，对应于基波分量；

第p₂根谱线选择第p₁根谱线两侧紧邻的两根谱线中幅值较大谱线；

从第p₃根谱线开始直到第p_(K+1)根谱线，每根谱线的选取方法是选取对应各谐波的谱峰；或用谐波次数乘以p₁得到数值s，离散频谱中的第s根谱线作为选取的相应谱线；

D、建立以下矩阵：

通过初等行列变化，使F′变为如下形式