本發明涉及電網頻率測量技術領域，更具體的，涉及一種基于頻譜極值點的電網基波頻率檢測方法及裝置。

背景技術：

電網基波頻率是影響電力系統安全穩定運行的重要因素，是衡量電能指標的要素之一。GB/T15945-2008《電能質量電力系統頻率允許偏差》對電網的頻率及偏差給出了明確規定：電網基波頻率的標稱值為50Hz，頻率偏差限值為±0.2Hz，當系統容量較小時可以放寬到±0.5Hz。同時還給出了電網基波頻率測量的取樣時間是1s、3s或10s，以及測量精度是0.01Hz的要求。隨著數字化測量技術的發展，基于數字信號處理算法的頻率測量得到了越來越廣泛的應用，離散傅立葉變換DFT和快速傅立葉變換FFT作為經典的數字濾波算法之一，目前在電氣信號頻率測量乃至電參量檢測領域應用最為廣泛。在采樣頻率和數據窗選擇合適的情況下，DFT和FFT能準確求出電網頻率。

DFT或FFT分離信號的基波及各次諧波分量，從而得到信號的基波頻率。由于DFT或FFT方法具有內在的時域加窗和頻域采樣特性，當采樣不同步時，會產生頻譜泄漏和柵欄效應，導致檢測出現誤差，但由于電力系統負荷在不斷變動，其大小、電源出力及其調節系統追隨負荷變化又有一定的慣性，致使系統頻率總是一直處于變動的狀態之中。工程實際中實現嚴格同步采樣十分困難，為減小頻譜泄漏和柵欄效應影響，人們開始致力于減少頻譜泄漏和柵欄效應算法的研究，如準同步采樣算法、非整周期采樣法、加窗插值法和離散頻譜分析與校正方法等。這些方法雖然不要求采樣周期與被測信號周期嚴格同步，但計算量大，實時性較差，同時需構造窗函數，使電網基波頻率的檢測變得十分復雜。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明提供了一種基于頻譜極值點的電網基波頻率檢測方法及裝置，根據頻率極值點檢測電網頻率，不要求同步采樣，所需的采樣時間窗口滿足國家標準規定的頻率檢測時間要求，且運算簡單，易于實現。

具體技術方案如下：

一種基于頻譜極值點的電網基波頻率檢測方法，所述方法包括：

以預設采樣頻率fs在預設時間內對電網的電壓信號或電流信號進行時域采樣，得到連續N個離散采樣值{x(k),k＝0,1,2...N-1}，所述預設時間至少為1s；

取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行DFT或FFT變換后得到多個信號能量值X(i)；

基于各個所述信號能量值繪制被測信號的頻譜圖，所述頻率i的取值范圍為[49.5,50.5]Hz，分辨率為0.01Hz。

根據所述頻譜圖求取極值點，并將所述極值點的值確定為電網基波頻率的值。

優選的，所述預設采樣頻率為n*2*h*50，其中，h為電網的最高次諧波的階次，n為正整數。

優選的，測量電路的信噪比大于等于20dB。

優選的，所述預設時間為1s、3s或10s。

優選的，當取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行DFT變換后得到多個信號能量值

優選的，當取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行FFT變換后得到多個信號能量值

優選的，所述根據所述頻譜圖求取極值點，并將所述極值點的值確定為電網基波頻率的值，包括：

S1：將所述信號能量值的最大值X_max設為0，并將所述極值點的初始值fEP設為49.5Hz；

S2：判斷X(fEP)是否大于X_max；

S3：若X(fEP)不大于X_max，令X_max＝X(fEP)，fEP＝fEP+df，返回S2，所述df≤0.01；

S4：若X(fEP)大于X_max，將fEP確定為極值點，并將所述極值點的值確定為電網基波頻率的值。

一種基于頻譜極值點的電網基波頻率檢測裝置，包括：

采樣單元，用于以預設采樣頻率fs在預設時間內對電網的電壓信號或電流信號進行時域采樣，得到連續N個離散采樣值{x(k),k＝0,1,2...N-1}，所述預設時間至少為1s；

變換單元，用于取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行DFT或FFT變換后得到多個信號能量值X(i)；

繪制單元，用于基于各個所述信號能量值繪制被測信號的頻譜圖，所述頻率i的取值范圍為[49.5,50.5]Hz，分辨率為0.01Hz。

求取單元，用于根據所述頻譜圖求取極值點，并將所述極值點的值確定為電網基波頻率的值。

優選的，所述預設采樣頻率為n*2*h*50，其中，h為電網的最高次諧波的階次，n為正整數。

優選的，所述求取單元包括：

初始化子單元，用于將所述信號能量值的最大值X_max設為0，并將所述極值點的初始值fEP設為49.5Hz；

判斷子單元，用于判斷X(fEP)是否大于X_max，若是，觸發確定子單元；若否，觸發執行子單元；

執行子單元，用于令X_max＝X(fEP)，fEP＝fEP+df，所述df≤0.01，并觸發所述判斷子單元；

確定子單元，用于將fEP確定為極值點，并將所述極值點的值確定為電網基波頻率的值。

相對于現有技術，本發明的有益效果如下：

本發明提供的基于頻譜極值點的電網基波頻率檢測方法及裝置，以預設采樣頻率fs在預設時間內對電網的電壓信號或電流信號進行時域采樣，得到連續N個離散采樣值{x(k),k＝0,1,2...N-1}，所述預設時間至少為1s；取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行DFT或FFT變換后得到多個信號能量值X(i)；基于各個所述信號能量值繪制被測信號的頻譜圖，所述頻率i的取值范圍為[49.5,50.5]Hz，分辨率為0.01Hz；根據所述頻譜圖求取極值點，并將所述極值點的值確定為電網基波頻率的值。本發明提供的檢測方法不要求同步采樣，所需的采樣時間窗口滿足國家標準規定的頻率檢測時間要求，且運算簡單，易于實現。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例公開的一種基于頻譜極值點的電網基波頻率檢測方法流程圖；

圖2為本發明實施例公開的一種基于頻譜極值點的電網基波頻率檢測方法流程圖；

圖3為本發明實施例公開的一種基于頻譜極值點的電網基波頻率檢測裝置結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

請參閱圖1，本實施例公開了一種基于頻譜極值點的電網基波頻率檢測方法，具體包括以下步驟：

S101：以預設采樣頻率fs在預設時間內對電網的電壓信號或電流信號進行時域采樣，得到連續N個離散采樣值{x(k),k＝0,1,2...N-1}，所述預設時間至少為1s；

需要說明的是，我國電網基波頻率的標稱值為50Hz，電網電壓信號或電流信號以基波分量為主，還含有一定的高次諧波成分。設電網的電壓或電流為x(t)，其中，t為采樣時間，首先以預設采樣頻率fs對x(t)進行時域采樣，得到連續N個離散采樣值{x(k),k＝0,1,2...N-1}。

為避免頻率混疊，預設采樣頻率需要滿足采樣定理，預設采樣頻率fs至少是原信號中最高次諧波階次的2倍，將所述預設采樣頻率確定為n*2*h*50，其中，h為電網的最高次諧波的階次，n為正整數。

還需要說明的是，為了保證頻率的測量精度，模數轉換器ADC的有效位大于等于10位，測量電路的信噪比大于等于20dB。

另外，需要說明的是，所述預設時間為1s、3s或10s。滿足國家標準規定的頻率檢測時間要求。

S102：取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行DFT或FFT變換后得到多個信號能量值X(i)；

具體的，當取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行DFT變換后得到多個信號能量值當取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行FFT變換后得到多個信號能量值

S103：基于各個所述信號能量值繪制被測信號的頻譜圖，所述頻率i的取值范圍為[49.5,50.5]Hz，分辨率為0.01Hz；

S104：根據所述頻譜圖求取極值點，并將所述極值點的值確定為電網基波頻率的值。

需要說明的是，極值點可以通過窮舉法或尋優法進行求解，請參閱圖2，以窮舉法為例對S104的具體執行過程進行說明如下：

S1：將所述信號能量值的最大值X_max設為0，并將所述極值點的初始值fEP設為49.5Hz；

S2：判斷X(fEP)是否大于X_max；

S3：若X(fEP)不大于X_max，令X_max＝X(fEP)，fEP＝fEP+df，返回S2，所述df≤0.01；

S4：若X(fEP)大于X_max，將fEP確定為極值點，并將所述極值點的值確定為電網基波頻率的值。

本實施例提供了一種基于頻譜極值點的電網基波頻率檢測方法，根據頻率極值點檢測電網頻率，不要求同步采樣，所需的采樣時間窗口滿足國家標準規定的頻率檢測時間要求，且運算簡單，易于實現。

基于上述實施例公開的基于頻譜極值點的電網基波頻率檢測方法，請參閱圖3，本實施例對應公開了一種基于頻譜極值點的電網基波頻率檢測裝置，包括：

采樣單元101，用于以預設采樣頻率fs在預設時間內對電網的電壓信號或電流信號進行時域采樣，得到連續N個離散采樣值{x(k),k＝0,1,2...N-1}，所述預設時間至少為1s；

為避免頻率混疊，預設采樣頻率需要滿足采樣定理，預設采樣頻率fs至少是原信號中最高次諧波階次的2倍，將所述預設采樣頻率確定為n*2*h*50，其中，h為電網的最高次諧波的階次，n為正整數。

還需要說明的是，為了保證頻率的測量精度，模數轉換器ADC的有效位大于等于10位，測量電路的信噪比大于等于20dB。

另外，需要說明的是，所述預設時間為1s、3s或10s。滿足國家標準規定的頻率檢測時間要求。

變換單元102，用于取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行DFT或FFT變換后得到多個信號能量值X(i)；

具體的，當取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行DFT變換后得到多個信號能量值當取不同的頻率i對{x(k),k＝0,1,2...N-1}進行FFT變換后得到多個信號能量值

繪制單元103，用于基于各個所述信號能量值繪制被測信號的頻譜圖，所述頻率i的取值范圍為[49.5,50.5]Hz，分辨率為0.01Hz；

求取單元104，用于根據所述頻譜圖求取極值點，并將所述極值點的值確定為電網基波頻率的值。

需要說明的是，求取單元可以通過窮舉法或尋優法進行求解，以窮舉法為例求取單元104可以包括以下子單元：

初始化子單元，用于將所述信號能量值的最大值X_max設為0，并將所述極值點的初始值fEP設為49.5Hz；

判斷子單元，用于判斷X(fEP)是否大于X_max，若是，觸發確定子單元；若否，觸發執行子單元；

執行子單元，用于令X_max＝X(fEP)，fEP＝fEP+df，所述df≤0.01，并觸發所述判斷子單元；

確定子單元，用于將fEP確定為極值點，并將所述極值點的值確定為電網基波頻率的值。

本實施例公開的基于頻譜極值點的電網基波頻率檢測裝置，不需要同步采樣，就能夠實現電網基波頻率的快速、準確的檢測，運算簡單，易于實現。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。