[发明专利]一种电力系统谐波快速分析方法及运行装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统三相电压、电流谐波分析和自动监测技术，尤其涉及一种电网电压、电流信号谐波分析的算法和装置，可以应用于电网电能实时监测和分析的仪表装置中，属于电力测量和自动化技术领域。

背景技术

近年来，随着大量电力电子元件及其它非线性设备的使用，使得电网谐波污染严重恶化，已经影响到用电设备，谐波问题已经与电磁干扰、功率因数降低并列为电力系统中的三大公害。及时准确地掌握电网中的谐波分量参数，才能为谐波治理提供良好的依据，维护电网的安全运行。

ADE7878作为三相电能测量IC，因其精度高、使用灵活而在电网信号分析中得到广泛应用，但其在谐波分析中存在明显不足。ADE7878的采样间隔为125us，每个周波采样160个点，不是2的整数幂，因而无法进行常规基-2FFT运算，这也限制了其在电能质量分析中的应用。

在进行FFT变换时，通常要求采样点数N是2的整数幂，不满足这个条件时可以直接进行DFT运算，但是计算效率较低；也可以通过简单增添有限长的零取样序列来使N为2的整数幂，但对于ADE7878的应用，N＝160，2⁸＝256，2⁷＝128，需补零96个点，频谱会发生很大变化，从计算的效率上看也不经济。本文提出一种针对ADE7878采样特点的快速精确计算电力系统谐波参数的方法和装置。

发明内容

本发明解决的问题是：为克服ADE7878在谐波分析方面存在的上述不足，本发明提供一种电力系统谐波快速分析方法及运行装置。本算法中采用汉宁窗对电压、电流采样数据进行加权截取，对截取的信号进行组合数FFT，先进行常规基-2FFT变换，再进行5点DFT变换，在保证计算精度的前提下，提高了效率。在此基础上通过插值修正，得到最终的准确的谐波分析结果。

本发明的技术解决方案是：

一种电力系统谐波快速分析方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：启动ADE7878的SPI通信方式，设置ADE7878的寄存器，使能微处理器为主机模式，ADE7878为从机模式：

步骤1.1：初始化微处理器的SPI寄存器，设置为主机模式；

步骤1.2：将ADE7878中PM0引脚设置为高电平、PM1引脚设置为低电平，启动正常功耗模式；

步骤1.3：将ADE7878的片选信号引脚从高电平到低电平切换三次，使能其SPI通信模式，向CONFIG2寄存器写入任意数据，锁定SPI串口模式。

步骤2：ADE7878数据更新间隔为125us，每个工频周期20ms采集160个信号。利用微处理器设置定时器中断，每500us读取一次ADE7878寄存器VAWV、VBWV、VCWV、IAWV、IBWV以及ICWV，连续采样四个周期，获得电力系统三相电压、电流信号瞬时值序列v_A(n)、v_B(n)、v_C(n)、i_A(n)、i_B(n)及i_C(n)，采样点数N＝160，离散采样序号n∈[0,N-1]；

步骤3：用长度为N的窗函数序列w(n)对待分析的电压、电流瞬时信号加权截断，以A相电压瞬时值序列为例，得到加窗后的离散信号：

v_Aw(n)＝v_A(n)·w(n)        (1)

本算法选择汉宁窗，窗口函数如下：

上式中，为矩形窗函数，N为分析数据的截断长度，N＝160；

步骤4：对上述加窗处理后的序列进行组合数FFT变换，仍以A相电压序列为例：

步骤4.1：采样点数N＝160＝5×32，将序列v_Aw(n)分为5组，每组序列中有32个数据：

序列0：v_Aw(0)，v_Aw(5)，v_Aw(10)，···，v_Aw(155)；

序列1：v_Aw(1)，v_Aw(6)，v_Aw(11)，···，v_Aw(156)；

序列2：v_Aw(2)，v_Aw(7)，v_Aw(12)，···，v_Aw(157)；         (3)