一种新颖的正弦波低通滤波提取方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种正弦波谐波提取方法，更具体的说是设及一种新颖的正弦波低通 滤波提取方法。
【背景技术】
[0002] 随着光伏、风电等新能源电力大规模入网，W及越来越多的非线性负载用电设备 的使用，电网的谐波污染越来越严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气 设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引 起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会 引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设 备和电子设备会产生严重干扰。所W，一方面光伏逆变器需要能够适应于高谐波污染的电 网环境，另一方面需要使光伏逆变器发送到电网的谐波尽可能地减小。
[0003] 为了实现上述要求，首先要做的就是实现对基波和谐波的提取。传统的低通滤波 器对直流分量没有相移，滤波效果好，但是对高频交流分量相移大，幅值衰减严重。而采用 傅里叶变换提取谐波的方法，计算复杂，计算量大，占用处理器内存。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可W有效的提取谐波的新 颖的正弦波低通滤波提取方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案:一种新颖的正弦波低通滤波提取 方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤一，采样输入信号，确定采样周期t、提取目标角频率ω及滤波系数m;
[0007] 步骤二，利用采样得到的周期t、目标角频率ω及滤波系数m，建立离散状态方程， 并根据建立的离散状态方程求得当前时刻的一对正交输出信号化(η)和邱(η);
[000引步骤Ξ，根据求得的一对正交输出信号化(η)和祁(η)得到谐波的幅值和相位，完 成谐波的提取。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述步骤二建立的离散状态方程如下：
[00101
[00川式中：取化(η)为输出信号，对应输入信号Χ(η)，γα(η-1)、邱(η-1)为上一时刻的输 出，ω为提取的目标信号角频率，t为离散时间常量，m为低通滤波系数，取值为0~1之间的 实数。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述步骤二中的离散状态方程采用旋转公式和低通滤 波器公式相融合而成。
[0013] 作为本发明的进一步改进，所述旋转公式如下：
[0014]
[0015] 式中：（α，β)为已知向量，（α'，β'）为已知向量(α，β)逆时针旋转Θ角度后得到的向 量，在融合时将旋转公式变形，改为：
[0016]
[0017] 变形后式中，ω为提取的目标信号角频率，t为离散时间常量，α(η)、β(η)为一定时 刻的向量，日(η-1)，β(η-1)为上一时刻的向量。
[0018] 作为本发明的进一步改进，所述低通滤波器公式如下：
[0019] Y(n) = (l-m) XΥ(η-1 )+mXX(n)
[0020] 式中：Υ(η)为一定时刻输出信号，m为低通滤波系数，Y(n-l)为上一时刻输出信号， X(n)为输入信号。
[0021] 作为本发明的进一步改进，所述旋转公式由下列公式推导而出：
[002^ 将一个已知向量(α，β)逆时针旋转Θ角度后，得到向量(α'，β'）；将a = LXcos(l)
[0023] β = ΙΧ sin Φ
[0024] α' =LX cos( Φ +白）=LX cos Φ X cos白-LX sin Φ X sin白
[0025] 代入β' =LXsin( Φ+目）=LXcos Φ Xsin目+LXsinΦ Xcos白；
[0026] 得到
[0027] α'=α X cos白-βX sin白
[002引 β'=aXsin目+eXcos目即为旋转公苗
其中，巫 为向量(α，β)的向量角度，L为向量长度。
[0029] 作为本发明的进一步改进，所述低通滤波器公式由下列公式推导而出：根据低通 滤波器传递函数：
[0030]
式中：Χ为输入，Υ为输出，a为滤波带宽，S为时域常数。利用 上述低通滤波器传递函数，前向通道为积分：
[0031] Y(n)=Y(n-l)+aT(X(n)-Y(n-l)) = (l-aT)Y(n-l)+aTX(n)
[0032] 设m = aT，得低通滤波器离散公式
[0033] Y(n) = (l-m) XΥ(η-1 )+mXX(n)
[0034] 式中：Υ(η)为一定时刻输出信号，m为低通滤波系数，Y(n-l)为上一时刻输出信号， X(n)为输入信号，a为滤波带宽，T为离散周期。
[0035] 本发明具有W下有益效果，通过步骤一的设置，就可W有效的确定采样周期t、提 取目标角频率ω及滤波系数m，而通过步骤二的设置，就可W有效的利用采样得到的周期t、 目标角频率ω及滤波系数m，建立离散状态方程，并根据建立的离散状态方程求得当前时刻 的一对正交输出信号化(η)和邱(η)，然后通过步骤Ξ的设置，根据求得的一对正交输出信 号化(η)和祁(η)得到谐波的幅值和相位，完成谐波的提取，运样就能够简单有效的提取出 谐波信号了，期间并未采用傅里叶变换的方式，因而相比于现有技术中的谐波提取方式，其 更加的简单方便，并且计算量小。
【附图说明】
[0036] 图1为提取cos( ωΤ)得到的波形图；
[0037] 图2为提取cos(3wT)得到的波形图；
[0038] 图3为提取cos(5wT)得到的波形图。
【具体实施方式】
[0039] 下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。
[0040] 本实施例的一种新颖的正弦波低通滤波提取方法，包括如下步骤：
[0041 ]步骤一，采样输入信号，确定采样周期t、提取目标角频率ω及滤波系数m;
[0042] 步骤二，利用采样得到的周期t、目标角频率ω及滤波系数m，建立离散状态方程， 并根据建立的离散状态方程求得当前时刻的一对正交输出信号化(η)和邱(η);
[0043] 步骤Ξ，根据求得的一对正交输出信号化(η)和祁(η)得到谐波的幅值和相位，完 成谐波的提取，在使用本方法提取谐波的过程中，先进行步骤一，对输入信号进行相关参数 的采样，确定采样周期t、提取目标角频率ω及滤波系数m，然后进行步骤二，利用确定采样 周期t、提取目标角频率ω及滤波系数m建立起离散状态方程，接着根据离散状态方程求得 当前时刻的一对正交输出信号化(η)和祁(η)，在求得当前时刻的一对正交输出信号化(η) 和邱(η)后，就可W有效的得到谐波的幅值和相位，如此便可W有效的提取出谐波了，十分 的简单和方便，期间没有用到傅立叶变换，所W相比现有技术中的提取谐波的方法，计算量 要少的多。
[0044] 作为改进的一种【具体实施方式】，所述步骤二建立的离散状态方程如下：
[00451
[0046] 式中：化(η)、邱(η)为一对正交坐标输出信号，对应输入信号Χ(η)，Υα(η-1)、邱(η- 1)为上一时刻的输出，ω为提取的目标信号角频率，t为离散时间常量，m为低通滤波系数， 取值为0~1之间的实数，在本实施例中，确定系统采样周期为t = 0.0001s，采样输入信号为 X，设基波为50化，提取的目标频率为150Hz，则ω = 2村= 30031，m = 0.001，保存上一时刻输 出，计算出当前时刻的输出：
[0047] Υα(η) = 0.999 Xk〇s(wt)XYa(n-l)-sin(wt) X Υβ(η_1 ))+0.001XX(n)
[004引 Υβ(η) = 0.999 X(sin(wt) X Υα(η_1 )+cos( ω t) X Υβ(η_1) )+0.001 X Υβ(η_1)
[0049] 其中化(η-1)为上一时刻的实部输出，Υβ(η-Ι)为上一时刻的虚部输出，计算出化 (η)和邱(η