专利名称：一种电力系统的谐波分析方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及谐波分析方法及其装置，尤其涉及一种在电力系统中进行谐波分析的 方法和实现该方法的装置。
背景技术：
对于实时电力监测设备而言，需要采用高精度、计算简单的电力谐波分析方法对 电力系统的信号进行实时分析，以便于设备的监测和调整。目前广泛采用快速傅丽叶变换 (FFT，Fast Fourier Transform)来计算电力系统中测量信号的谐波频率、幅度和相位角。 但是采用这种方法的一个缺点是由于难于实现信号的同步采样，从而导致频谱泄露，造成 计算数据的不准确。现有技术中通常采用两种方法来减少频谱泄露带来的影响。一种方法是对测量信 号进行同步采样，因此可以对一个整数倍信号周期的采样信号进行傅丽叶变换，避免频谱 泄露。但是，由于电力系统的频率是实时变化的，几乎很难对测量信号进行同步采样。无论 是锁相环(PLL，Phase Lock Loop)还是微机(MCU,Micro Computer Unit)控制的软件进行 采样，都很难完全实现同步采样。另外一种方法是使用加窗_插值傅丽叶变换来减少频谱泄露带来的影响。图1为 典型的加窗-插值傅丽叶变换流程图。其步骤为首先，对电力系统的采样信号序列进行加 窗，并进行快速傅丽叶变换。其次，根据快速傅丽叶变换的结果使用插值来计算采样信号的 参考频率和电力系统频率之间的差值5。再次，根据快速傅丽叶变换的结果来计算电力系 统基频和谐波的频率、幅度和相位。最后，根据采样信号的参考频率和电力系统频率之间的 差值S来校正电力系统基频和谐波的频率、幅度和相位。上述加窗-插值傅丽叶变换虽然能对频谱泄露问题进行较好的处理，但是在使用 过程中存在以下问题。第一，这种方法的精度和所使用的加窗函数有关，通常优选4阶或4 阶以上的加窗函数。但是，加窗函数的阶数越高，该方法的计算复杂度越大，这对于对实时 性要求很高的电力系统检测装置而言极为不利。第二，使用该方法所得到的电力系统的频 率与真实频率相比，尚有一定误差，也就是说，该方法的计算精度不够高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种在电力系统中进行谐波分析的方法和实现该方 法的装置，通过该方法能够更加准确地对电力系统的基频和谐波的频率、幅度、相位进行计 算，并且该方法相对简单、计算复杂度低。为实现上述目的，本发明提供了一种电力系统的谐波分析方法，该方法包含以下 步骤(1)计算电力系统基波的频率，以及对电力系统的采样信号序列进行加窗处理并 进行傅丽叶变换，来求得基波的幅值与初始相位及各次谐波的幅值与初始相位；(2)将计算出的电力系统基波的频率作为电力系统的真实频率，从而得到加窗后的傅丽叶变换频谱的近似解析式；(3)根据所述近似解析式计算基波及各次谐波幅值的校正因子，并对上述求得的 基波及谐波的幅值进行校正；(4)利用所述窗函数的相频特性来修正基波及各次谐波的初始相位。其中，所述步骤(1)中计算电力系统基波的频率包括以下步骤(11)获取一个以上的信号采样周期的电力系统信号；(12)对所述电力系统基波的频率进行初次计算；(13)根据所述初次计算得到的采样信号基波的傅丽叶变换复系数、基波频率与采 样频率，对所述电力系统基波的真实频率进行二次逼近；(14)根据所述二次逼近得到的基波频率对信号采样系列进行调整，对所述电力系 统基波的真实频率进行三次逼近。其中，所述步骤(12)中对电力系统基波的频率进行初次计算包括以下步骤(121)对每一个信号采样周期内的采样信号进行傅丽叶变换，从而计算得到所述 采样信号基波的傅丽叶变换复系数；(122)根据所述傅丽叶变换复系数计算每一个信号周期的初始相位角；(123)计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的差值；(124)计算所述初始相位角的差值的平均值；(125)根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系统基波的频率。其中，所述步骤(13)中对所述电力系统基波的真实频率进行二次逼近包括以下 步骤(131)根据所述初次计算得到的基波的频率来调整所述傅丽叶变换复系数；(132)计算每一个信号周期的初始相位角；(133)计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的差值；(134)计算所述初始相位角的差值的平均值；(135)根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系统基波的频率。其中，所述步骤(14)中对所述电力系统基波的真实频率进行三次逼近包括以下 步骤(141)根据所述二次逼近所得到的电力系统基波的频率调整采样系列中每个信号 采样周期的采样数；(142)对调整过的每一个信号采样周期内的采样信号进行傅丽叶变换，从而计算 得到所述采样信号基波的傅丽叶变换复系数；(143)根据所述傅丽叶变换复系数计算每一个信号周期的初始相位角；(144)计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的差值；(145)计算所述初始相位角的差值的平均值；(146)根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系统基波的频率。根据本发明的一个优选方案，在所述步骤(11)中，所述电力系统信号为电压信号。根据本发明的一个优选方案，计算电力系统基波的频率时，所述傅丽叶变换为离 散傅丽叶变换。
相应地，本发明提出一种电力系统的谐波分析装置，用于对电力系统的谐波进行 分析，所述装置包括电力系统基频计算模块，用于计算电力系统基波的频率；加窗及傅丽叶变换频谱计算模块，用于对电力系统的采样信号序列进行加窗处理 并进行傅丽叶变换，来求得基波的幅值与初始相位及各次谐波的幅值与初始相位；校正模块，根据加窗后的傅丽叶变换频谱的近似解析式计算基波及各次谐波幅值 的校正因子，并对上述求得的基波及谐波的幅值进行校正，以及利用加窗函数的相频特性 来修正基波及各次谐波的初始相位。其中，所述电力系统基频计算模块包括获取模块，用于获取一个以上的信号采样周期的电力系统信号；初次计算模块，用于对所述电力系统基波的频率进行初次计算；二次逼近模块，根据所述初次计算得到的采样信号基波的傅丽叶变换复系数、基 波频率与采样频率，对所述电力系统基波的真实频率进行二次逼近；三次逼近模块，根据所述二次逼近得到的基波频率对信号采样系列进行调整，对 所述电力系统基波的真实频率进行三次逼近。其中，所述初次计算模块包括傅丽叶变换复系数计算子模块，用于对每一个信号采样周期内的采样信号进行傅 丽叶变换，从而计算得到所述采样信号基频的傅丽叶变换复系数；初始相位角计算子模块，根据所述傅丽叶变换复系数计算每一个信号周期的初始 相位角；初始相位角差值计算子模块，计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的
差值；初始相位角差值的平均值计算子模块，用于计算所述初始相位角的差值的平均 值；电力系统基频计算子模块，用于根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系 统基波的频率。其中，所述二次逼近模块包括傅丽叶变换复系数调整子模块，根据所述初次计算得到的基波的频率来调整所述 傅丽叶变换复系数；初始相位角计算子模块，根据所述傅丽叶变换复系数计算每一个信号周期的初始 相位角；初始相位角差值计算子模块，计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的
差值；初始相位角差值的平均值计算子模块，用于计算所述初始相位角的差值的平均 值；电力系统基频计算子模块，用于根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系 统基波的频率。其中，所述三次逼近模块包括采样数调整子模块，用于根据所述二次逼近所得到的电力系统基波的频率调整采样系列中每个信号采样周期的采样数；傅丽叶变换复系数计算子模块，用于对调整过的每一个信号采样周期内的采样信 号进行傅丽叶变换，从而计算得到所述采样信号基频的傅丽叶变换复系数；初始相位角计算子模块，根据所述傅丽叶变换复系数计算每一个信号周期的初始 相位角；初始相位角差值计算子模块，计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的
差值；初始相位角差值的平均值计算子模块，用于计算所述初始相位角的差值的平均 值；电力系统基频计算子模块，用于根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系 统基波的频率。采用本发明方法及其装置，使得对电力系统谐波能够进行精度极高的计算，同时 该方法的计算简单，满足了对于实时检测的电力系统的需要。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的描述，其中图1示出了现有技术中的加窗-插值傅丽叶方法流程图；图2示出了本发明的对电力系统的谐波进行分析的方法流程图；图3给出了本发明的对电力系统的谐波进行分析的方法中，对电力系统基波的频 率进行计算的方法流程图。图4给出了 4项Blackman-Harris窗函数的频谱示意图。
具体实施例方式图2示出了本发明的对电力系统的谐波进行分析的方法流程图。下面以6个信号 采样周期为列来具体说明该方法。步骤一计算电力系统基波的频率，以及对电力系统的采样信号序列进行加窗处 理并进行傅丽叶变换，来求得基波的幅值与初始相位及各次谐波的幅值与初始相位。图3 给出了本发明的对电力系统的谐波进行分析的方法中，对电力系统基波的频率进行计算的 方法流程图。在该步骤中包含如下步骤第一，获取6个信号采样周期中的电压信号。第二，对电力系统基波的频率进行初次计算，该初次计算是基于对电压信号的相 位差的计算基础上来实现的。具体地说执行如下步骤首先，对每一个信号采样周期内的采样信号，都先进行离散傅丽叶变换，从而计算 得到采样信号基波的傅丽叶变换复系数；其次，根据所述傅丽叶变换复系数计算每一个信号周期的初始相位角；再次，计算6个周期电压信号中每两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的
差值；然后，计算所述初始相位角的差值的平均值；最后，根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系统基波的频率。
第三，根据所述初次计算得到的采样信号基波的傅丽叶变换复系数、基波频率与 采样频率，对所述电力系统基波的真实频率进行二次逼近。在该步骤中又包含如下步骤首先，根据所述初次计算得到的基波的频率来调整所述傅丽叶变换复系数；其次，计算每一个信号周期的初始相位角；再次，计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的差值；然后，计算所述初始相位角的差值的平均值；最后，根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系统基波的频率。第四，根据所述二次逼近得到的基波频率对信号采样系列进行调整，对所述电力 系统基波的真实频率进行三次逼近。在该步骤中具体包括首先，根据所述二次逼近所得到的电力系统基波的频率调整采样系列中每个信号 采样周期的采样数；其次，对调整过的每一个信号采样周期内的采样信号进行傅丽叶变换，从而计算 得到所述采样信号基波的傅丽叶变换复系数；再次，根据所述傅丽叶变换复系数计算每一个信号周期的初始相位角；然后，计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的差值； 接着，计算所述初始相位角的差值的平均值；最后，根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系统基波的频率。下面采用公式对上述逼近结果进行分析电力系统的频率可表示如下 其中，fsys是电力系统的真实频率，fs是电力系统的参考频率(fs =采样频率/每个采样周期的采样点数)，Ap是计算得到的初始相位角的差值的平均值。另外，采样电压信号的基波可以表示如下 其中，w是参考角频率(w = 2Jifs)，Aw是参考角频率w和电力系统的角频率之 差。此处假设~ = (^化(^，81 = (^08(^。由下面两式可以得到离散傅丽叶变换基波复系 数
(3) 其中广 显然，当Aw = 0时，即参考频率和电力系统频率相同时，4 =戽5； = B,幅度
=c,此时不存在计算误差。
如果Aw乒0，可以得到
如果Aw与w相比很小(在初次计算电力系统频率之后，Aw通常小于w的百分
之一)，
的一盼泰勒展开式为 用公式(6)替换公式(5)中的
可以得到下式 类似地，可以得到 从公式(7)和公式(8)，可以得到下式 假定校正因子 其中牝是电力系统真实的初始相位角。从公式(9)可以看出，角频率的偏差Aw会造成初始相位角的计算偏差，通过用系 数S对傅丽叶变换基波复系数<或戌进行修正，可以校正信号初始相位的计算偏差。由于已经在第二步中对电力系统基波的频率进行初次计算，令ws。al表示该频率并 用它来代替公式(10)中的A w，由此得到校正因子 至此，对电力系统基频(基波的频率)的初次计算完成。随后进行电力系统基频 的二次逼近，按照上述方法首先用初次计算出的电力系统的基波(4或戌)的频率来校正 傅丽叶变换复系数，然后执行类似电力系统基频的初次计算的过程(即根据傅丽叶变换复 系数计算每一个信号周期的初始相位角；计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角 的差值；计算初始相位角的差值的平均值；根据初始相位角的差值的平均值计算电力系统 基波的频率)。至此，完成对电力系统基频的二次逼近。在随后的对电力系统基波的真实频率进行第三次逼近时，需要先调整采样信号序 列中每个采样周期内的采样点数。该调整基于 其中，fs*fsys分别是电力系统的参考频率和电力系统的真实频率，N是每个采样 周期的采样点数，n调整后的每个采样周期的采样点数。随后，在调整后的每个采样周期的采样点数n的基础上重复对电力系统基波的频 率进行初次计算中所使用的步骤，来完成对电力系统基波的真实频率的第三次逼近。至此，完成了对电力系统基波频率的计算。步骤二，将计算出的电力系统基波的频率作为电力系统的真实频率，从而得到加 窗后的傅丽叶变换频谱的近似解析式；步骤三，根据所述近似解析式计算基波及各次谐波幅值的校正因子，并对上述求 得的基波及谐波的幅值进行校正；步骤四，利用所述窗函数的相频特性来修正基波及各次谐波的初始相位。下面仍然采用公式对上述步骤进行分析假设测量信号x(t)的离散序列表示为{x(n)}。为了减少基于快速傅丽叶变换的 方法中由于非同步采样所带来的频谱泄露问题，在进行快速傅丽叶变换之前，需要使用一 个窗序列lw(n)}对离散序列{x(n)}进行加权(即加窗)。加窗后，可以得到一个新的测量 信号的离散序列
(13)其中，N为离散序列的数目。该离散序列对应的频谱为
(⑷在公式(14)中， 为了简化该算法的理论分析过程，首先只考虑测量信号中的基波部分，即
将(16)中的x(t)代入公式(15)，可以得到
(16)
由此可以得到xw(f)如下
(17)
(18)其中，F= 1/NTS，入=f/F,入 o = f0/F, Ts 为采样间隔。为了使对电力谐波的测量具有更高的精度，此处选择4项Blackman-Harris窗函
数。该窗函数为
(19)该窗函数的快速傅丽叶变换为 图4给出了 4项Blackman-Harris窗函数的频谱示意图。考虑到频率频谱的对称性，将公式(18) ^Wff(A-A0)用公式(20)代替，可以得
到真实信号的基波幅值为 其中XwUs)是加窗信号快速傅丽叶变换后，在其频谱中搜索到的峰值(即基波幅
值)，X s是对应于该峰值的归一化频率，；^^^^可被看作幅度校正因子，用于对非同步
采样所引起的误差进行校正。因为公式(18)中真正的归一化信号频率\ ^未知，C0不能直接从公式(18)计算 出来。传统的计算Q的方法是基于插值，但是插值会导致对电力系统频率的计算不精确。 而在本发明中，由于电力系统频率已经被精确地计算出来，可以认为计算出的电力系统的 频率就是该系统的真实频率，因此公式(18)中的偏差Xs-、可由X^Xo近似代替。其 中，入^是计算得到的归一化的系统频率。这样，可从公式(20)中很容易地直接计算出
校正因子
)，胃態i十軸巾畐貞C0。肝、白勺i情髓
很高，因此幅度Q的精度同样很高。最后，相位角可以通过下式进行计算及校正 其中，第一项为加窗后信号的初始相位角，第二项为窗函数的初始相位角。与上述基波的计算方法类似，同样可以得出电力系统各谐波的幅度和相位，此处 不再赘述。本发明的一种电力系统的谐波分析装置，是用于对电力系统的谐波进行分析，该 装置包括电力系统基频计算模块，用于计算电力系统基波的频率；加窗及傅丽叶变换频谱计算模块，用于对电力系统的采样信号序列进行加窗处理 并进行傅丽叶变换，来求得基波的幅值与初始相位及各次谐波的幅值与初始相位；校正模块，根据加窗后的傅丽叶变换频谱的近似解析式计算基波及各次谐波幅值 的校正因子，并对上述求得的基波及谐波的幅值进行校正，以及利用加窗函数的相频特性 来修正基波及各次谐波的初始相位。所述电力系统基频计算模块包括如下模块
获取模块，用于获取一个以上的信号采样周期的电力系统信号；初次计算模块，用于对所述电力系统基波的频率进行初次计算；二次逼近模块，根据所述初次计算得到的采样信号基波的傅丽叶变换复系数、基 波频率与采样频率，对所述电力系统基波的真实频率进行二次逼近；三次逼近模块，根据所述二次逼近得到的基波频率对信号采样系列进行调整，对 所述电力系统基波的真实频率进行三次逼近。所述初次计算模块包括傅丽叶变换复系数计算子模块，用于对每一个信号采样周期内的采样信号进行傅 丽叶变换，从而计算得到所述采样信号基频的傅丽叶变换复系数；初始相位角计算子模块，根据所述傅丽叶变换复系数计算每一个信号周期的初始 相位角；初始相位角差值计算子模块，计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的
差值；初始相位角差值的平均值计算子模块，用于计算所述初始相位角的差值的平均 值；电力系统基频计算子模块，用于根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系 统基波的频率。所述二次逼近模块包括傅丽叶变换复系数调整子模块，根据所述初次计算得到的基波的频率来调整所述 傅丽叶变换复系数；初始相位角计算子模块，根据所述傅丽叶变换复系数计算每一个信号周期的初始 相位角；初始相位角差值计算子模块，计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的
差值；初始相位角差值的平均值计算子模块，用于计算所述初始相位角的差值的平均 值；电力系统基频计算子模块，用于根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系 统基波的频率。 所述三次逼近模块包括采样数调整子模块，用于根据所述二次逼近所得到的电力系统基波的频率调整采 样系列中每个信号采样周期的采样数；傅丽叶变换复系数计算子模块，用于对调整过的每一个信号采样周期内的采样信 号进行傅丽叶变换，从而计算得到所述采样信号基频的傅丽叶变换复系数；初始相位角计算子模块，根据所述傅丽叶变换复系数计算每一个信号周期的初始 相位角；初始相位角差值计算子模块，计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的
差值；初始相位角差值的平均值计算子模块，用于计算所述初始相位角的差值的平均 值；
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电力系统基频计算子模块，用于根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系 统基波的频率。在本发明的所述装置中，初次计算模块、二次逼近模块、三次逼近模块中所共有的 模块可以设置为一个。例如设置为一个初始相位角计算子模块、一个初始相位角差值计算 子模块、一个初始相位角差值的平均值计算子模块、一个电力系统基频计算子模块。从而简 化实现本发明方法所需的装置。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
权利要求
一种电力系统的谐波分析方法，其特征在于，该方法包含以下步骤(1)计算电力系统基波的频率，以及对电力系统的采样信号序列进行加窗处理并进行傅丽叶变换，来求得基波的幅值与初始相位及各次谐波的幅值与初始相位；(2)将计算出的电力系统基波的频率作为电力系统的真实频率，从而得到加窗后的傅丽叶变换频谱的近似解析式；(3)根据所述近似解析式计算基波及各次谐波幅值的校正因子，并对上述求得的基波及谐波的幅值进行校正；(4)利用所述窗函数的相频特性来修正基波及各次谐波的初始相位。
2.根据权利要求1所述的一种电力系统的谐波分析方法，其特征在于，所述步骤(1)中 计算电力系统基波的频率包括以下步骤(11)获取一个以上的信号采样周期的电力系统信号；(12)对所述电力系统基波的频率进行初次计算；(13)根据所述初次计算得到的采样信号基波的傅丽叶变换复系数、基波频率与采样频 率，对所述电力系统基波的真实频率进行二次逼近；(14)根据所述二次逼近得到的基波频率对信号采样系列进行调整，对所述电力系统基 波的真实频率进行三次逼近。
3.根据权利要求2所述的一种电力系统的谐波分析方法，其特征在于，所述步骤(12) 中对电力系统基波的频率进行初次计算包括以下步骤(121)对每一个信号采样周期内的采样信号进行傅丽叶变换，从而计算得到所述采样 信号基波的傅丽叶变换复系数；(122)根据所述傅丽叶变换复系数计算每一个信号周期的初始相位角；(123)计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的差值；(124)计算所述初始相位角的差值的平均值；(125)根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系统基波的频率。
4.根据权利要求3所述的一种电力系统的谐波分析方法，其特征在于，所述步骤(13) 中对所述电力系统基波的真实频率进行二次逼近包括以下步骤(131)根据所述初次计算得到的基波的频率来调整所述傅丽叶变换复系数；(132)计算每一个信号周期的初始相位角；(133)计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的差值；(134)计算所述初始相位角的差值的平均值；(135)根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系统基波的频率。
5.根据权利要求4所述的一种电力系统的谐波分析方法，其特征在于，所述步骤(14) 中对所述电力系统基波的真实频率进行三次逼近包括以下步骤(141)根据所述二次逼近所得到的电力系统基波的频率调整采样系列中每个信号采样 周期的采样数；(142)对调整过的每一个信号采样周期内的采样信号进行傅丽叶变换，从而计算得到 所述采样信号基波的傅丽叶变换复系数；(143)根据所述傅丽叶变换复系数计算每一个信号周期的初始相位角；(144)计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的差值；(145)计算所述初始相位角的差值的平均值；(146)根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系统基波的频率。
6.根据权利要求3所述的一种电力系统的谐波分析方法，其特征在于，所述步骤(11) 中，所述电力系统信号为电压信号。
7.根据权利要求3至6种任一权利要求所述的一种电力系统的谐波分析方法，其特征 在于，所述傅丽叶变换为离散傅丽叶变换。
8.一种电力系统的谐波分析装置，用于对电力系统的谐波进行分析，其特征在于，所述 装置包括电力系统基频计算模块，用于计算电力系统基波的频率；加窗及傅丽叶变换频谱计算模块，用于对电力系统的采样信号序列进行加窗处理并进 行傅丽叶变换，来求得基波的幅值与初始相位及各次谐波的幅值与初始相位；校正模块，根据加窗后的傅丽叶变换频谱的近似解析式计算基波及各次谐波幅值的校 正因子，并对上述求得的基波及谐波的幅值进行校正，以及利用加窗函数的相频特性来修 正基波及各次谐波的初始相位。
9.根据权利要求8所述的一种电力系统的谐波分析装置，其特征在于，所述电力系统 基频计算模块包括获取模块，用于获取一个以上的信号采样周期的电力系统信号； 初次计算模块，用于对所述电力系统基波的频率进行初次计算； 二次逼近模块，根据所述初次计算得到的采样信号基波的傅丽叶变换复系数、基波频 率与采样频率，对所述电力系统基波的真实频率进行二次逼近；三次逼近模块，根据所述二次逼近得到的基波频率对信号采样系列进行调整，对所述 电力系统基波的真实频率进行三次逼近。
10.根据权利要求9所述的一种电力系统的谐波分析装置，其特征在于，所述初次计算 模块包括傅丽叶变换复系数计算子模块，用于对每一个信号采样周期内的采样信号进行傅丽叶 变换，从而计算得到所述采样信号基频的傅丽叶变换复系数；初始相位角计算子模块，根据所述傅丽叶变换复系数计算每一个信号周期的初始相位角；初始相位角差值计算子模块，计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的差值；初始相位角差值的平均值计算子模块，用于计算所述初始相位角的差值的平均值； 电力系统基频计算子模块，用于根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系统基 波的频率。
11.根据权利要求9所述的一种电力系统的谐波分析装置，其特征在于，所述二次逼近 模块包括傅丽叶变换复系数调整子模块，根据所述初次计算得到的基波的频率来调整所述傅丽 叶变换复系数；初始相位角计算子模块，根据所述傅丽叶变换复系数计算每一个信号周期的初始相位角；初始相位角差值计算子模块，计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的差值；初始相位角差值的平均值计算子模块，用于计算所述初始相位角的差值的平均值； 电力系统基频计算子模块，用于根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系统基 波的频率。
12.根据权利要求9所述的一种电力系统的谐波分析装置，其特征在于，所述三次逼近 模块包括采样数调整子模块，用于根据所述二次逼近所得到的电力系统基波的频率调整采样系 列中每个信号采样周期的采样数；傅丽叶变换复系数计算子模块，用于对调整过的每一个信号采样周期内的采样信号进 行傅丽叶变换，从而计算得到所述采样信号基频的傅丽叶变换复系数；初始相位角计算子模块，根据所述傅丽叶变换复系数计算每一个信号周期的初始相位角；初始相位角差值计算子模块，计算两个相邻的信号采样周期之间的初始相位角的差值；初始相位角差值的平均值计算子模块，用于计算所述初始相位角的差值的平均值； 电力系统基频计算子模块，用于根据所述初始相位角的差值的平均值计算电力系统基 波的频率。
全文摘要
本发明提出一种电力系统的谐波分析方法，包含以下步骤计算电力系统基频的频率，以及对电力系统的采样信号序列进行加窗处理并进行傅丽叶变换；将计算出的电力系统基频的频率作为电力系统的真实频率，从而得到加窗后的傅里叶变换频谱的近似解析式；根据计算出的电力系统基频的频率来计算电力系统谐波的频率，并根据所述近似解析式计算电力系统基频的幅值和电力系统谐波的幅值；根据电力系统的采样信号的频率和计算出的电力系统的频率之间的频率差来计算电力系统基频和谐波的相位。本发明方法对电力系统谐波能够进行精度极高的计算，同时该方法的计算简单，满足了对于实时电力系统检测的需要。
文档编号G01R23/02GK101852826SQ200910130319
公开日2010年10月6日 申请日期2009年3月30日 优先权日2009年3月30日
发明者卓越, 胡喜, 胡飞凰, 邢建辉 申请人:西门子公司