一种用于宽频谐波测量的光纤电流互感器同步检测方法与流程

本发明涉及光纤电流互感传感器信号检测，具体涉及一种用于宽频谐波测量的光纤电流互感器同步检测方法。

背景技术：

1、随着各行业的蓬勃发展，对电力供应的要求日益严格。新能源发电、特高压直流、柔性输电工程的大规模建设和运行使得电网中由电力电子设备产生的非工频电气量逐渐增多。这些电气量的存在不仅对电气设备的安全运行构成威胁，还可能与电网交互形成宽频段、多模态的振荡现象，引发新的涉网稳定问题。

2、宽频测量，全称为宽带多频信号测量，旨在实现宽频域或宽频带范围信号的统一测量。由于宽频测量技术是一种新提出的技术理念和思路，目前国内外尚未有明确的定义。为促进对该技术的理解和应用，相关标准对宽频测量进行了初步定义，即以不低于12.8khz的高速采样为基础，实现电网0~2500 hz范围内基波、谐波和间谐波信号的统一测量。

3、在宽频测量装置中，高频采样是其基本功能之一。在智能变电站中，广泛采用的采样频率主要用于保护自动化的4 khz以及电能质量和计量的12.8 hz，这些频率已有相对成熟的应用。然而，考虑到当前高压直流工程中出现的1810 hz（约为36次谐波）的高频振荡，以及未来新型电力系统的发展，电力电子设备的大规模应用将导致高频信号的不断增加。因此，选择12.8 khz的采样频率在理论上可以满足127次谐波范围内信号的测量需求，不仅能够有效兼容当前保护自动化领域所有的采样测量需求，同时也能够应对未来高频采样的挑战。

4、实现高频采样是宽频测量的关键基础，必须首要考虑选择采样率和分辨率充足的采样器。在高频采样中，实时处理和分析是至关重要的，为满足系统对实时性的严格要求，采用高速微控制处理芯片或专用数字信号处理器（dsp）能够显著加速数据处理过程。这些处理单元需要具备高度的并行计算能力和优化的算法实现，同时对时钟同步、缓存管理和数据流控制等方面进行精心设计和优化。整个高频采样系统的设计需综合考虑硬件和软件的协同优化，同时注重实时性、高采样率和高分辨率等多重要求，以满足电力系统对高频信号测量的需求，并为未来电力电子设备引入的高频振荡等新挑战提供可靠的支持。

5、目前高频采样的采样具有相对成熟的应用方案，但对于高精度的同步谐波检测缺乏相对稳定、可靠的算法。因此，亟需设计一种用于宽频谐波测量的光纤电流互感器的同步检测算法，实现高精度的宽频谐波检测。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供了一种用于宽频谐波测量的光纤电流互感器同步检测方法，解决了现有技术中宽频谐波测量的同步检测连续性较差的技术问题。

2、本发明提供了一种用于宽频谐波测量的光纤电流互感器同步检测方法，包括以下步骤：

3、步骤s1、基于光纤电流互感器被测信号的最低频率和最高频率，获取谐波检测的计算周期与采样率；

4、步骤s2、基于所述谐波检测的计算周期，获取滑动窗口的谐波检测起始点；

5、步骤s3、基于所述谐波检测的计算周期与采样率，设置滑动数据存储空间，以固定的时间间隔更新所述滑动数据存储空间的采样数据，并对所述采样数据进行谐波检测；

6、步骤s4、基于所述滑动窗口的谐波检测起始点，同步输出谐波检测频谱信息。

7、优选地，步骤s1包括：步骤s1-1、基于光纤电流互感器被测信号的最低频率，计算最大周期，基于所述最大周期，获取所述谐波检测的计算周期；步骤s1-2、基于光纤电流互感器被测信号的最高频率，获取所述谐波检测的采样率。

8、优选地，步骤s1-1中所述基于所述最大周期，获取所述谐波检测的计算周期具体包括：将所述谐波检测的计算周期设置为所述最大周期的10倍以上。

9、优选地，步骤s1-2中所述基于光纤电流互感器被测信号的最高频率，获取所述谐波检测的采样率具体包括：将所述谐波检测的采样率设置为所述最高频率的5倍。

10、优选地，步骤s2中，所述滑动窗口的谐波检测起始点的计算方式为：

11、

12、其中tn为第n个滑动窗口的谐波检测起始点，time0为完成第一个滑动窗口检测的时刻，t为谐波检测的计算周期，f为谐波检测的采样率。

13、优选地，步骤s3中所述基于所述谐波检测的计算周期与采样率，设置滑动数据存储空间具体包括：将滑动数据存储空间的大小设置为t×f。

14、优选地，步骤s3中所述以固定的时间间隔更新所述滑动数据存储空间的采样数据，并对所述采样数据进行谐波检测具体包括：以1/f为时间间隔，将最新的采样数据存入所述滑动数据存储空间，并将最早的采样数据移出所述滑动数据存储空间，完成滑动数据存储空间的采样数据的更新；对更新后的滑动数据存储空间的采样数据进行谐波检测。

15、优选地，所述步骤s4具体包括：将所述滑动窗口的谐波检测起始点作为计时点，每次滑动窗口谐波检测完成后，同步输出所述计时点以及计时点对应的谐波信息，作为所述谐波检测频谱信息。

16、优选地，所述对更新后的滑动数据存储空间的采样数据进行谐波检测的计算使用快速傅里叶变换方法。

17、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

18、（1）本发明提供的光纤电流互感器同步检测方法设定计算周期与采样率，实现采样和谐波检测运算步长的同步，减少了信号采集与谐波检测之间的延时，从而提高了谐波检测的准确性和实时性。

19、（2）本发明通过采用滑动窗口方法，每次更新采样数据，使得谐波检测频率提高，能够使系统更频繁地监测谐波变化，对信号的动态变化有更好的追踪能力。

20、（3）本发明通过仅在新的数据点到来时更新谐波检测计算，不需要对整个数据集重复计算，从而提高了数据处理的效率，降低了计算资源消耗。

技术特征：

1.一种用于宽频谐波测量的光纤电流互感器同步检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的用于宽频谐波测量的光纤电流互感器同步检测方法，其特征在于，步骤s1包括：

3.根据权利要求2所述的用于宽频谐波测量的光纤电流互感器同步检测方法，其特征在于，步骤s1-1中所述基于所述最大周期，获取所述谐波检测的计算周期具体包括：

4.根据权利要求3所述的用于宽频谐波测量的光纤电流互感器同步检测方法，其特征在于，步骤s1-2中所述基于光纤电流互感器被测信号的最高频率，获取所述谐波检测的采样率具体包括：

5.根据权利要求4所述的用于宽频谐波测量的光纤电流互感器同步检测方法，其特征在于，步骤s2中，所述滑动窗口的谐波检测起始点的计算方式为：

6.根据权利要求5所述的用于宽频谐波测量的光纤电流互感器同步检测方法，其特征在于，步骤s3中所述基于所述谐波检测的计算周期与采样率，设置滑动数据存储空间具体包括：

7.根据权利要求6所述的用于宽频谐波测量的光纤电流互感器同步检测方法，其特征在于，步骤s3中所述以固定的时间间隔更新所述滑动数据存储空间的采样数据，并对所述采样数据进行谐波检测具体包括：

8.根据权利要求7所述的用于宽频谐波测量的光纤电流互感器同步检测方法，其特征在于，所述步骤s4具体包括：

9.根据权利要求8所述的用于宽频谐波测量的光纤电流互感器同步检测方法，其特征在于，所述对更新后的滑动数据存储空间的采样数据进行谐波检测的计算使用快速傅里叶变换方法。

技术总结
本发明涉及光纤电流互感传感器信号检测技术领域，具体涉及一种用于宽频谐波测量的光纤电流互感器同步检测方法，包括以下步骤：基于光纤电流互感器被测信号的最低频率和最高频率，获取谐波检测的计算周期与采样率；基于所述谐波检测的计算周期，获取滑动窗口的谐波检测起始点；基于所述谐波检测的计算周期与采样率，设置滑动数据存储空间，以固定的时间间隔更新所述滑动数据存储空间的数据，并对数据进行谐波检测；基于所述滑动窗口的谐波检测起始点，同步输出谐波检测频谱信息；本发明为实现电网电流信号谐波检测同步算法提供了解决方案，能够实现高精度、高鲁棒性的谐波检测。

技术研发人员：张春熹,许博,于佳,陈浩,林铁
受保护的技术使用者：北京率为机电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/9