[发明专利]电能质量谐波分析仪的谐波分析方法

说明书

本申请是申请号为：201110322629.4，发明创造名称为《一种电能质量谐波分析仪的谐波分析方法》，申请日为：2011年10月21日的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及电能质量谐波分析的技术领域，具体是一种高精度的谐波分析方法。

背景技术

谐波分析技术在电能质量监控、电子产品生产检验、电器设备监控等众多领域应用广泛，是进行电网监控、质量检验、设备监控的重要技术手段。

供电电网中，谐波现象的产生主要是由于大容量电力设备、用电整流或换流设备以及其他非线性负荷造成的。近年来随着电力电子技术的飞速发展，许多工业企业引进大量的冲击性负载、不对称负载以及非线性负载，它们在接入电网时不可避免地出现谐波污染现象。因此，对供电电网的电压、电流信号进行谐波分析，可以更好地观察电网污染情况，进而为电网补偿和净化提供理论依据。

目前谐波分析应用最广泛的技术是离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶变换（FFT）。准同步采样技术和DFT技术相结合的谐波分析技术（即：准同步DFT谐波分析技术）能够提高谐波分析的精度，其算式为：

，

式中：k为需要获得的谐波的次数（如基波k=1，3次谐波k=3）；sin和cos分别为正弦和余弦函数；而a_k和b_k分别为k次谐波的实部和虚部；n为迭代次数；W由积分方法决定，采用复化梯形积分方法时，W=nN；为一次加权系数；，为所有加权系数之和；f(i)为分析波形的第i个采样值；N为周期内采样次数。

在工程应用中，谐波分析总是进行有限点的采样和难以做到严格意义的同步采样。这样，在应用准同步DFT进行谐波分析时，就会存在由于截断效应导致的长范围泄漏和由于栅栏效应导致的短范围泄漏，使得分析结果精度不高，甚至不可信。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种精度较高的电能质量谐波分析仪的谐波分析方法，以有效改进准同步DFT谐波分析技术的分析误差，获得高精度的谐波分析结果，从而提高基于谐波分析理论的电能质量监控设备的可靠性和状态判断的有效性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电能质量谐波分析仪的谐波分析方法，所述电能质量谐波分析仪包括依次相连的：传感器、信号调理电路、数据采集电路和CPU单元；所述谐波分析方法包括如下步骤：

（1）所述CPU单元采样电网中需要谐波分析的电信号X，并等间隔采样W+2个采样点数据{f(i),i=0,1,…,w+1}（W由所选择的积分方法决定，本发明并不指定某一种积分方法，常用的积分方法有复化梯形积分方法W=nN、复化矩形积分方法W=n(N-1)、复化辛普森积分方法W=n(N-1)/2等，可以根据本发明应用的实际情况来选择合适的积分方法。一般以复化梯形积分方法效果较理想）；

（2）CPU单元从所述电信号X的采样点i=0开始应用准同步DFT公式：

分析W+1个数据获得基波信息和；

然后，CPU单元从所述电信号X的采样点i=1开始应用准同步DFT公式：

分析W+1个数据获得基波信息；

应用公式计算所述电信号X的频率漂移；

应用公式，分别得出所述电信号X的基波和高次谐波的；

（3）、CPU单元分别计算出所述电信号X的基波和高次谐波的幅值和初相角；

（5）、CPU单元分别计算出所述电信号X的高次谐波的幅值P_k与基波P₁的幅值百分比和相角差，并输出显示（一般采用与该CPU单元相连的LCD单元显示）。

所述电信号X一般为电网交流电压信号或电网交流电流信号。

准同步DFT谐波分析可以有效地抑制长范围泄漏，其频谱泄漏的主要原因是信号频率漂移导致的短范围泄漏，而信号频率漂移导致的短范围泄漏的主要特征是谱峰峰值出现位置随着信号频率漂移而同步改变，所以可变栅栏频域采样能够有效根据信号漂移捕捉谱峰峰值出现的位置，从而获得高精度的谐波信息。

等间隔采样是根据进行谐波分析的理想信号的周期T和频率f（如工频信号频率f为50Hz，周期为20mS），在一个周期内采样N点，即采样频率为f_s=Nf，且N≥64。