[发明专利]一种改进傅里叶变换的谐波电能计量系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理领域，具体是一种改进傅里叶变换的谐波电能计量系统及其控制方法。

背景技术

随着智能电网建设的全面铺开，各种分布式发电和储能设备并网运行，改善电网供电可靠性的同时也使得谐波污染问题更加严重。实际测量中，由于电网频率偏差导致谐波频率的不确定性，电压波动以及间谐波等的影响都会降低谐波分析的准确度。非稳态下的高准确度谐波检测与分析能够为谐波双向潮流计算、谐波电能计量、谐波抑制与补偿等提供科学依据，对提高能源利用率、维护绿色电力环境、确保电网安全运行具有重要意义。

电力谐波分析已经发展了多种基于数字信号处理的时域、频域方法。其中，快速傅里叶变换因其计算简单且易于嵌入式系统实现而得到了广泛应用。但现有测量仪器多采用恒定采样率，加上间谐波、次谐波等的存在，非稳态下的同步采样难以严格实现，导致的频谱泄漏和栅栏效应影响谐波分析的准确度。窗函数加权可减小频谱泄漏的影响，结合相应的改进算法可在一定程度上提高谐波分析准确度，但在分析非稳态下的谐波信号时其计算误差仍然较大。

发明内容

本发明目的在于克服谐波分析在非稳态下导致频谱泄漏和栅栏效应的影响，提出一种改进傅里叶变换的谐波电能计量系统及其控制方法，能有效克服基波频率波动以及间谐波的影响，谐波参数计算准确度明显提高，适合于非稳态条件下的谐波分析，从而提高信号谐波分析的准确度和实用性，为进一步进行的信号参数识别与谐波电能计量提供可靠依据。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：一种改进傅里叶变换的谐波电能计量系统，由三相电网数据采集模块、数据处理模块、数据管理模块以及外围模块组成，其中，三相电网数据采集模块通过并行接口与数据处理模块相连，数据处理模块与数据管理模块通过异步串口相连，数据管理模块与外围模块直接相连。

所述三相电网数据采集模块包括电阻分压网络、TA与电阻网络和采样芯片ADS8364，用以完成三相电网电压、电流信号的同步采样以及A/D转换。

所述数据处理模块采用信号处理器ADSP-BF533，采用基于余弦偶次幂窗改进傅里叶变换的谐波电能计量方法对采集数据进行分析处理。

所述数据管理模块采用单片机M30624FGPFP，完成系统的显示、存储、通信以及功能选择等功能。

所述的改进傅里叶变换的谐波电能计量系统的控制方法，包括如下步骤：首先对含有谐波与间谐波分量的多频率信号按采样率f_s进行数据采集，得到其离散序列；然后基于余弦偶次幂窗改进傅里叶变换的谐波分析方法对离散序列进行加窗处理，得到谐波信号的表征公式；最后运用最小二乘法对峰值谱线进行拟合，推导出信号基波与各次谐波的频率、幅值和相位计算修正公式，最后通过谐波幅值、频率和初相角修正式分析计算出谐波的幅值、频率、初相角。

本发明的原理是：

典型余弦函数窗的离散时域表达式为

w_cos(n)＝sin^α(nπ/N),n＝0,1,2，...,N-1    (1)

式中，整数α的取值决定窗函数的形式。当参数α满足α=2p(p为自然数)时，式(1)形式的余弦函数窗可表示为

wcos(n)=Σm=0p(-1)mJmcos(2πmn/N)---(2)]]>

式中，n＝0,1,2，....,N-1；J_m满足约束条件：