一种谐波采样计算方法
【技术领域】
[0001 ]本发明尤其涉及一种谐波采样计算方法。
【背景技术】
[0002] 随着节能技术和自动化技术的推广，电力电子装置如变流设备、变频设备等，容量 日益扩大，数量日益增多，使电网中的高次谐波愈来愈严重，给电力系统和各类用电设备带 来危害，轻则增加能耗，缩短寿命，重则造成用电事故，直接影响安全生产。因此，消除谐波 污染，把谐波含量控制在允许范围内，已成为主管部门和用电单位的共同奋斗目标。目前， 电力系统中的谐波源，不但类型多，而且分布广，用户电网中的谐波电流可能来自本身的非 线性设备，也可能来自外部线路，不加以区分将给谐波治理造成困难，因而进行谐波治理之 前需要了解电网中谐波的次数及含量，即须进行谐波的测试。谐波分析仪作为测试的主要 手段，它的作用越来越重要。谐波分析仪历经了从模拟、数字到以微处理器为核心的发展过 程。目前的谐波分析仪基本上是对输人信号进行等间隔采样，经信号调理、模数转换后使用 微处理器及外围电路，利用快速傅立叶变换(FFT)进行数字处理，从而得到了各次谐波的幅 值和相位，计算各次谐波含有率、总谐波畸变率、有功功率、无功功率、视在功率以及功率因 数等。
[0003] 谐波分析仪随着谐波次数的增加，测量准确度下降较多，其原因是在目前条件下， 实现严格的同步采样比较困难，大多数按同步采样原理制造的谐波分析仪实际上工作在近 似于同步状态。基波的每一个微小的同步误差，都将给高次谐波的计算带来很大的误差。一 般的谐波分析仪对基波与m次谐波测量准确度相差m倍，即基波准确度能做到± 1 %，则m次 谐波的准确度约为土m%。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种谐波采样计算方法。
[0005] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0006] -种谐波采样计算方法，包括数据采集、正向过零点的寻找、实际采集点数N的计 算和实际128点采样值六4十算四步，具体步骤如下：
[0007] 数据采集:选用的微处理机是单片机80C 196KC。所需要处理的谐波最高次数为31 次。为满足FFT的要求，每周期须等间隔采样128点，以工频50Hz为基础，计算出采样间隔，采 样间隔为156.25ys。不考虑被测信号频率的抖动，通过启动80C196KC的A/D，找到被测信号 的正向过零点后，再定时（每隔156.25ys)启动80C196KC的A/D，记录其后的136点数据，这样 只要被测信号频率在47.06Hz~53.33Hz范围内，这136点数据中就包含了被测信号的一个 完整周期；
[0008] 正向过零点的寻找:选定80CI96KC的A/D转换器为10位。这就说明无论实际信号的 范围是多少，经A/D转换后其取值范围为0-1023,因此信号的"过零点"为511。要寻找信号的 正向过零点，就须将A/D转换值与511比较，以找到过零点，并且还要保证正向；
[0009] 实际采集点数N的计算：因为实际信号并不一定在理想的工频50Hz的条件下。因而 按理想时间间隔采样实际信号时，一周期所采集的点数可能多于128点，也可能少于128点， 更有可能为分数，为得到实际信号的128点等间隔采样值，需计算出实际信号按理想时间间 隔采样一周期的点数N。其计算公式为
[0010]
[0011]其中ao为第一个采样值，&"为第二次正方向过零点后的采样值，η为一周期中包含 的整数点数，Α为相邻两个采样值的差值。为精确起见，取
[0012]
[0013] 实际128点采样值An计算:根据计算出的实际采样点数，用内插法算出实际信号一 周期均匀的128点采样值。实际采样值A n的算法如下
[0014] Ao = ao
[0015]
[0016] ···
[0017] An - ￡lm+Q(￡lm+l_￡lm)
f
[0018] 其中m = n+p，p: 的整数部分，Q为 -的小数部分，经过上述 计算即可得到实际信号等间隔的128点采样值。
[0019] 本发明有益效果：
[0020] 本发明设计合理，计算方便，采样精度高，使用效果良好，适合大范围使用，准确度 高，采样速度快，有很好的应用前景。
【附图说明】
[0021] 下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的 任何限制。
[0022] 图1为本发明的正向过零点寻找流程图。
【具体实施方式】
[0023]本发明的一种谐波采样计算方法，包括数据采集、正向过零点的寻找、实际采集点 数N的计算和实际128点采样值An计算四步，具体步骤如下：
[0024]数据采集:选用的微处理机是单片机80C 196KC。所需要处理的谐波最高次数为31 次。为满足FFT的要求，每周期须等间隔采样128点，以工频50Hz为基础，计算出采样间隔，采 样间隔为156.25ys。不考虑被测信号频率的抖动，通过启动80C196KC的A/D，找到被测信号 的正向过零点后，再定时（每隔156.25ys)启动80C196KC的A/D，记录其后的136点数据，这样 只要被测信号频率在47.06Hz~53.33Hz范围内，这136点数据中就包含了被测信号的一个 完整周期；
[0025]正向过零点的寻找:选定80CI96KC的A/D转换器为10位。这就说明无论实际信号的 范围是多少，经A/D转换后其取值范围为0-1023,因此信号的"过零点"为511。要寻找信号的 正向过零点，就须将A/D转换值与511比较，以找到过零点，并且还要保证正向；
[0026]实际采集点数N的计算：因为实际信号并不一定在理想的工频50Hz的条件下。因而 按理想时间间隔采样实际信号时，一周期所采集的点数可能多于128点，也可能少于128点， 更有可能为分数，为得到实际信号的128点等间隔采样值，需计算出实际信号按理想时间间 隔采样一周期的点数N。其计算公式为
[0027]
[0028]其中ao为第一个采样值，&"为第二次正方向过零点后的采样值，η为一周期中包含 的整数点数，Α为相邻两个采样值的差值。为精确起见，取
[0029]
[0030] 实际128点采样值An计算:根据计算出的实际采样点数，用内插法算出实际信号一 周期均匀的128点采样值。实际采样值A n的算法如下
[0031] Ao = ao
[0033] ···[0034] An=am+Q(am+i-am)
[0032]
[0035] 其中m = n+p，p为.
L的整数部分，Q)
2的小数部分，经过上述 计算即可得到实际信号等间隔的128点采样值。
[0036] 以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发 明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技 术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且 未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。
【主权项】
1. 一种谐波采样计算方法，其特征在于:包括数据采集、正向过零点的寻找、实际采集 点数N的计算和实际128点采样值An计算四步，具体步骤如下： 数据采集:选用的微处理机是单片机80C 196KC;所需要处理的谐波最高次数为31次； 为满足FFT的要求，每周期须等间隔采样128点，以工频50Hz为基础，计算出采样间隔，采样 间隔为156.25ys;不考虑被测信号频率的抖动，通过启动80C196KC的A/D，找到被测信号的 正向过零点后，再定时(每隔156.25ys)启动80C196KC的A/D，记录其后的136点数据，这样只 要被测信号频率在47.06Hz~53.33Hz范围内，这136点数据中就包含了被测信号的一个完 整周期； 正向过零点的寻找:选定80CI96KC的A/D转换器为10位;这就说明无论实际信号的范围 是多少，经A/D转换后其取值范围为0-1023,因此信号的"过零点"为511;要寻找信号的正向 过零点，就须将A/D转换值与511比较，以找到过零点，并且还要保证正向； 实际采集点数N的计算：因为实际信号并不一定在理想的工频50Hz的条件下；因而按理 想时间间隔采样实际信号时，一周期所采集的点数可能多于128点，也可能少于128点，更有 可能为分数，为得到实际信号的128点等间隔采样值，需计算出实际信号按理想时间间隔采 样一周期的点数N;其计算公式为其中aQ为第一个采样值，^为第二次正方向过零点后的采样值，n为一周期中包含的整 数点数，Α为相邻两个采样值的差值;为精确起见，取实际128点采样值An计算:根据计算出的实际采样点数，用内插法算出实际信号一周期 均匀的128点采样值;实际采样值An的算法如下 Ao = aoIIIAn - &m+ Q ( 3<ιη+1 -am )i的整数部分， I的小数部分，经过上述计 算即可得到实际信号等间隔的128点采样值。
【专利摘要】本发明公开了一种谐波采样计算方法，包括数据采集、正向过零点的寻找、实际采集点数N的计算和实际128点采样值AN计算四步，本发明设计合理，计算方便，采样精度高，使用效果良好，适合大范围使用，准确度高，采样速度快，有很好的应用前景。
【IPC分类】G01R23/16
【公开号】CN105675982
【申请号】CN201610017039
【发明人】王涛, 冯杰, 姚云委, 黄志付
【申请人】浙江共同电子科技有限公司
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月12日