[发明专利]一种基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置及其检测方法

权利要求书

1.一种基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置，其特征在于，所述谐波检测装置包括电流互感器、电压互感器、信号调理电路、A/D转换模块、锁相环倍频电路和信号采集处理模块，所述电流互感器和电压互感器的输入端与电网连接，所述电流互感器和电压互感器的输出端均与所述信号调理电路的输入端相连接，所述信号调理电路的输出端与所述A/D转换模块的输入端相连接，所述A/D转换模块的输出端与所述信号采集处理模块输入端相连接，所述锁相环倍频电路的输入端与所述电压互感器的输出端连接，所述锁相环倍频电路的输出端与所述信号采集处理模块相连接；所述谐波检测装置通过所述电流互感器和所述电压互感器获取电流、电压信息，通过所述信号调理电路对检测到的电流、电压信息进行调理再通过所述A/D转换模块转化为数字信号传输至所述信号采集处理模块，所述信号采集处理模块能够对电压基波频率以及电流基波频率进行监测、分析及计算，进而实现谐波检测功能，并将检测结果进行存储显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置，其特征在于，所述信号调理电路包括加法电路和滤波电路，实现对输入信号的调整以达到所述A/D转换模块的工作要求。

3.根据权利要求1所述的一种基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置，其特征在于，所述锁相环倍频电路对被测信号在一个周期内采取等间隔均匀采样的方法，能够实现整周期同步采样，避免信号的采集环节发生频谱泄露的现象；所述锁相环倍频电路采用CD4046芯片作为锁相环，其电源电压范围3～18V、输入阻抗100MΩ，实现一个整周期内的采样频率为128。

4.根据权利要求1所述的一种基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置，其特征在于，所述信号采集处理模块能够计算所述电网的三相电流、三相电压、有功功率、无功功率以及谐波畸变率，所述信号采集处理模块包括ARM处理器、存储模块、显示模块和通信模块，所述ARM处理器分别连接到所述存储模块、所述显示模块和所述通信模块；所述ARM处理器采用最小模多重信号分类算法对采集的信号进行分析处理，得到各次谐波的幅值和频率以及它们的参数特性曲线，通过相关的数学计算能够获得所需参数，实现谐波检测功能，进而通过所述存储模块进行存储，通过所述显示模块进行显示，通过所述通信模块实现远程通信。

5.一种根据权利要求1-4中任一项所述的基于整周期同步采样的电力系统谐波检测装置的检测方法，其特征在于，所述谐波检测装置采用最小模多重信号分类算法进行谐波检测，检测方法包括以下步骤：

步骤一，根据信号采集处理模块输入信号列出离散时间函数n＝0，1，···，N-1，所述x(n)为采样信号，所述M为谐波次数，所述b_i为第i次谐波的振幅，所述f_i第i次谐波频率，所述Δt为采样时间间隔，所述v(n)为白噪声；

步骤二，根据所述离散时间函数建立自相关函数，由所述自相关函数组成自相关矩阵，计算得到自相关矩阵包含信号频率信息的特征值矩阵和对应的空间向量矩阵，所述自相关函数为所述N为采样点数；由(p+1)个r_x(m)组成的所述自相关矩阵通过信号向量矩阵e_i＝[1,exp(j2πf_i),···,exp(j2πf_ip)]^T,i＝1,2,···,M，计算所述自相关矩阵的特征值矩阵和对应的空间向量矩阵；

步骤三，采用最小描述长度准则根据特征值矩阵确定信号源数目，所述最小描述长度准则所述C为所述特征值的个数，所述所述所述所述λ_i为第i个所述特征值；所述M就是所求的信号源数目；

步骤四，采用最小模方法对多重信号分类算法的噪声空间向量进行分离和变换修正，得到功率谱分析曲线k＝M+1,···,p+1，所述e(ω)＝[1,exp(j2πf_i),···,exp(j2πf_ip)]^T，所述所述E_N为噪声子空间除m以外的其余行，所述m为噪声向量空间的第一行；所述功率谱分析曲线相对平缓，在ω＝ω_i处呈现尖峰，峰值点处对应的频率即为谐波信号的频率。