本發(fā)明涉及信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種測(cè)量電網(wǎng)頻率的方法及裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有測(cè)量電網(wǎng)頻率的方法主要包括以下三種方法：第一種，采用計(jì)算兩個(gè)過零點(diǎn)的時(shí)差計(jì)算電網(wǎng)頻率；第二種，采用同步采樣的譜分析技術(shù)直接計(jì)算周期信號(hào)頻率；第三種，采用基于dft(discretefouriertransform，離散傅里葉變換)的時(shí)延相位差法求解頻率。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問題：

第一種方法是一種時(shí)間域求解頻率的方法，采用計(jì)算兩個(gè)過零點(diǎn)的時(shí)間差，求解周期信號(hào)的頻率，頻率精度主要受限于過零點(diǎn)的精準(zhǔn)時(shí)刻，由于噪聲的存在，過零點(diǎn)精準(zhǔn)判斷受到限制；其次是頻率精度受限于電網(wǎng)信號(hào)可能會(huì)發(fā)生畸變，采用過零點(diǎn)計(jì)算頻率會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

第二種方法采用dft譜分析技術(shù)計(jì)算電網(wǎng)頻率，此方法缺點(diǎn)是對(duì)采樣要求較高，需要跟蹤信號(hào)頻率變化，一旦跟蹤信號(hào)頻率誤差較大，頻率精度下降嚴(yán)重，因此對(duì)硬件要求比較高。

第三種方法是利用信號(hào)延時(shí)得到相位差，相位差是和頻率相關(guān)的參量，因此很容易可以求解出頻率，相位是通過dft的求解的，因此本方法仍然受到非正周期采樣的影響。

公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)量電網(wǎng)頻率的方法及裝置，從而克服現(xiàn)有的缺陷。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測(cè)量電網(wǎng)頻率的方法，包括：獲取電網(wǎng)采集的采樣數(shù)據(jù)，并對(duì)所述采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行自相關(guān)濾波處理；對(duì)濾波后的采樣數(shù)據(jù)分為第一采樣數(shù)據(jù)和第二采樣數(shù)據(jù)，且所述第一采樣數(shù)據(jù)和所述第二采樣數(shù)據(jù)共用部分采樣數(shù)據(jù)；基于二階卷積漢寧窗分別對(duì)所述第一采樣數(shù)據(jù)和所述第二采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗處理，分別確定加窗處理后的第一加窗采樣數(shù)據(jù)和第二加窗采樣數(shù)據(jù)；確定所述第一加窗采樣數(shù)據(jù)的第一相位，并確定所述第二加窗采樣數(shù)據(jù)的第二相位；根據(jù)所述第一相位和所述第二相位確定電網(wǎng)頻率。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述對(duì)所述采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行自相關(guān)濾波處理，包括：

對(duì)k個(gè)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行第一重自相關(guān)濾波處理，確定一重濾波數(shù)據(jù)rs(m)：

其中，m為延時(shí)變量，取值范圍為(0,k-1)；r(n)為第n點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述一重濾波數(shù)據(jù)進(jìn)行第二重自相關(guān)濾波處理，確定二重濾波數(shù)據(jù)x(m)，并將所述二重濾波數(shù)據(jù)作為濾波后的采樣數(shù)據(jù)：

其中，m為延時(shí)變量，取值范圍為(0,k-1)；rs(n)為第n點(diǎn)的一重濾波數(shù)據(jù)。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述基于二階卷積漢寧窗分別對(duì)所述第一采樣數(shù)據(jù)和所述第二采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗處理，包括：對(duì)所述第一采樣數(shù)據(jù)x(i)分別進(jìn)行加窗處理，i＝0,1,…2n-1；將相距為n的經(jīng)過加窗處理后的第一采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，將相加處理后的數(shù)據(jù)作為相對(duì)應(yīng)的第一加窗采樣數(shù)據(jù)；對(duì)所述第二采樣數(shù)據(jù)x’(i)分別進(jìn)行加窗處理，i＝0,1,…2n-1；將相距為n的經(jīng)過加窗處理后的第二采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，將相加處理后的數(shù)據(jù)作為相對(duì)應(yīng)的第二加窗采樣數(shù)據(jù)；其中，所述第一采樣數(shù)據(jù)x(i)和所述第二采樣數(shù)據(jù)x’(i)共用n-1個(gè)數(shù)據(jù)。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述第一相位和所述第二相位確定電網(wǎng)頻率，包括：確定所述第二相位與所述第一相位之間的相位差，并根據(jù)所述相位差與2π進(jìn)行取模運(yùn)算，確定取模運(yùn)算后的數(shù)字角頻率；根據(jù)所述數(shù)字角頻率確定電網(wǎng)頻率。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述數(shù)字角頻率確定電網(wǎng)頻率，包括：在所述數(shù)字角頻率與±0.5之間的差值小于預(yù)設(shè)差值時(shí)，確定電網(wǎng)主譜線前一點(diǎn)和后一點(diǎn)的dft值，并確定比較符號(hào)，當(dāng)后一點(diǎn)的dft值大于前一點(diǎn)的dft值時(shí)，所述比較符號(hào)為正，否則為負(fù)；確定所述數(shù)字角頻率與所述比較符號(hào)是否為相同的符號(hào)，若不相同，則將所述數(shù)字角頻率做取反處理；若相同，所述數(shù)字角頻率不變；根據(jù)處理后的數(shù)字角頻率確定電網(wǎng)頻率，f＝δf×(ω+k)，其中：ω為數(shù)字角頻率，k是主譜線值，δf是dft譜的頻率分辨率。

基于同樣的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測(cè)量電網(wǎng)頻率的裝置，包括：濾波模塊，用于獲取電網(wǎng)采集的采樣數(shù)據(jù)，并對(duì)所述采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行自相關(guān)濾波處理；劃分模塊，用于對(duì)濾波后的采樣數(shù)據(jù)分為第一采樣數(shù)據(jù)和第二采樣數(shù)據(jù)，且所述第一采樣數(shù)據(jù)和所述第二采樣數(shù)據(jù)共用部分采樣數(shù)據(jù)；加窗模塊，用于基于二階卷積漢寧窗分別對(duì)所述第一采樣數(shù)據(jù)和所述第二采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗處理，分別確定加窗處理后的第一加窗采樣數(shù)據(jù)和第二加窗采樣數(shù)據(jù)；相位確定模塊，用于確定所述第一加窗采樣數(shù)據(jù)的第一相位，并確定所述第二加窗采樣數(shù)據(jù)的第二相位；頻率確定模塊，用于根據(jù)所述第一相位和所述第二相位確定電網(wǎng)頻率。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述濾波模塊包括：一重濾波單元，用于對(duì)k個(gè)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行第一重自相關(guān)濾波處理，確定一重濾波數(shù)據(jù)rs(m)：

其中，m為延時(shí)變量，取值范圍為(0,k-1)；r(n)為第n點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)；

二重濾波單元，用于根據(jù)所述一重濾波數(shù)據(jù)進(jìn)行第二重自相關(guān)濾波處理，確定二重濾波數(shù)據(jù)x(m)，并將所述二重濾波數(shù)據(jù)作為濾波后的采樣數(shù)據(jù)：

其中，m為延時(shí)變量，取值范圍為(0,k-1)；rs(n)為第n點(diǎn)的一重濾波數(shù)據(jù)。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述加窗模塊包括：第一加窗單元，用于對(duì)所述第一采樣數(shù)據(jù)x(i)分別進(jìn)行加窗處理，i＝0,1,…2n-1；將相距為n的經(jīng)過加窗處理后的第一采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，將相加處理后的數(shù)據(jù)作為相對(duì)應(yīng)的第一加窗采樣數(shù)據(jù)；第二加窗單元，用于對(duì)所述第二采樣數(shù)據(jù)x’(i)分別進(jìn)行加窗處理，i＝0,1,…2n-1；將相距為n的經(jīng)過加窗處理后的第二采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，將相加處理后的數(shù)據(jù)作為相對(duì)應(yīng)的第二加窗采樣數(shù)據(jù)；其中，所述第一采樣數(shù)據(jù)x(i)和所述第二采樣數(shù)據(jù)x’(i)共用n-1個(gè)數(shù)據(jù)。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述頻率確定模塊包括：角頻率確定單元，用于確定所述第二相位與所述第一相位之間的相位差，并根據(jù)所述相位差與2π進(jìn)行取模運(yùn)算，確定取模運(yùn)算后的數(shù)字角頻率；頻率確定單元，用于根據(jù)所述數(shù)字角頻率確定電網(wǎng)頻率。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述頻率確定單元包括：確定子單元，用于在所述數(shù)字角頻率與±0.5之間的差值小于預(yù)設(shè)差值時(shí)，確定電網(wǎng)主譜線前一點(diǎn)和后一點(diǎn)的dft值，并確定比較符號(hào)，當(dāng)后一點(diǎn)的dft值大于前一點(diǎn)的dft值時(shí)，所述比較符號(hào)為正，否則為負(fù)；比較子單元，用于確定所述數(shù)字角頻率與所述比較符號(hào)是否為相同的符號(hào)，若不相同，則將所述數(shù)字角頻率做取反處理；若相同，所述數(shù)字角頻率不變；處理子單元，用于根據(jù)處理后的數(shù)字角頻率確定電網(wǎng)頻率，f＝δf×(ω+k)，其中：ω為數(shù)字角頻率，k是主譜線值，δf是dft譜的頻率分辨率。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測(cè)量電網(wǎng)頻率的方法及裝置，在自相關(guān)濾波算法基礎(chǔ)上采用等數(shù)據(jù)長度的自相關(guān)兩重濾波，可以有效過濾帶內(nèi)白噪聲，大幅度提高信噪比snr，從而為后面信號(hào)的頻譜分析提供良好的信號(hào)質(zhì)量。采用二階卷積漢寧窗，比普通的窗函數(shù)具有更優(yōu)的旁瓣衰減特性，因此在做頻譜分析時(shí)可以大大降低譜間干擾，具有良好的信噪比和抑制譜泄露能力。同時(shí)，該方法可以實(shí)現(xiàn)高精度的頻率測(cè)量，滿足千分之零點(diǎn)一的分辨率需求，適合高精度頻率測(cè)量的場(chǎng)合。且該方法通過確定將比較符號(hào)與數(shù)字角頻率的符號(hào)進(jìn)行對(duì)比，來解決臨近數(shù)字頻率點(diǎn)的抖動(dòng)問題，簡單易用，效率高。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中測(cè)量電網(wǎng)頻率的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中基于二階卷積漢寧窗進(jìn)行加窗處理的示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中測(cè)量電網(wǎng)頻率的裝置的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受具體實(shí)施方式的限制。

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。除非另有其它明確表示，否則在整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”或其變換如“包含”或“包括有”等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它元件或其它組成部分。

在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實(shí)施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實(shí)施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實(shí)施例。

另外，為了更好的說明本發(fā)明，在下文的具體實(shí)施方式中給出了眾多的具體細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，沒有某些具體細(xì)節(jié)，本發(fā)明同樣可以實(shí)施。在一些實(shí)例中，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法、手段、元件未作詳細(xì)描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，提供了一種測(cè)量電網(wǎng)頻率的方法，圖1為該方法的流程圖，具體包括步驟101-105：

步驟101：獲取電網(wǎng)采集的采樣數(shù)據(jù)，并對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行自相關(guān)濾波處理。

本發(fā)明實(shí)施例中，從adc(analog-to-digitalconverter，模數(shù)轉(zhuǎn)換器)獲取的離散采樣數(shù)據(jù)含有白噪聲成分，故首先需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。由于傳統(tǒng)的濾波方式僅能濾除帶外噪聲，本發(fā)明實(shí)施例中采用自相關(guān)濾波方式，在不增加采樣數(shù)據(jù)長度的情況下得到自相關(guān)數(shù)據(jù)，可以有效過濾帶內(nèi)白噪聲,明顯提高信噪比(signalnoiseratio，snr)。

步驟102：對(duì)濾波后的采樣數(shù)據(jù)分為第一采樣數(shù)據(jù)和第二采樣數(shù)據(jù)，且第一采樣數(shù)據(jù)和第二采樣數(shù)據(jù)共用部分采樣數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實(shí)施例中，將濾波后的采樣數(shù)據(jù)分為前后兩段數(shù)據(jù)，即第一采樣數(shù)據(jù)和第二采樣數(shù)據(jù)；同時(shí)，為了消除延時(shí)造成的相位模糊，本發(fā)明實(shí)施例中設(shè)置第一采樣數(shù)據(jù)和第二采樣數(shù)據(jù)共用部分采樣數(shù)據(jù)。例如，共有3n-1個(gè)采樣數(shù)據(jù)，設(shè)置前2n-1個(gè)采樣數(shù)據(jù)為第一采樣數(shù)據(jù)，后2n-1個(gè)采樣數(shù)據(jù)為第二采樣數(shù)據(jù)，二者共用n-1個(gè)采樣數(shù)據(jù)。可選的，第一采樣數(shù)據(jù)和第二采樣數(shù)據(jù)的長度相同。

步驟103：基于二階卷積漢寧窗分別對(duì)第一采樣數(shù)據(jù)和第二采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗處理，分別確定加窗處理后的第一加窗采樣數(shù)據(jù)和第二加窗采樣數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實(shí)施例中，分別對(duì)前后兩段的第一采樣數(shù)據(jù)和第二采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗處理。其中，n點(diǎn)二階漢寧卷積窗由2n-1點(diǎn)對(duì)稱的漢寧窗的構(gòu)造出來，基于二階卷積漢寧窗分別對(duì)第一采樣數(shù)據(jù)和第二采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗處理，對(duì)第一采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗處理后得到第一加窗采樣數(shù)據(jù)，對(duì)第二采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗處理后得到第二加窗采樣數(shù)據(jù)。

步驟104：確定第一加窗采樣數(shù)據(jù)的第一相位，并確定第二加窗采樣數(shù)據(jù)的第二相位。

本發(fā)明實(shí)施例中，在得到兩段加窗處理后的數(shù)據(jù)后，分別求解兩段數(shù)據(jù)的相位，即第一相位和第二相位。具體的，通過計(jì)算加窗采樣數(shù)據(jù)某個(gè)譜線位置的dft譜，之后采用反正切計(jì)算相對(duì)應(yīng)的相位，進(jìn)而可以獲得第一相位和第二相位。

步驟105：根據(jù)第一相位和第二相位確定電網(wǎng)頻率。

本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)兩段數(shù)據(jù)的相位可以確定數(shù)字角頻率，之后根據(jù)該數(shù)字角頻率即可以確定電網(wǎng)頻率f＝δf×(ω+k)，其中：ω為數(shù)字角頻率，k是主譜線值，δf是dft譜的頻率分辨率。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測(cè)量電網(wǎng)頻率的方法，在自相關(guān)濾波算法基礎(chǔ)上采用等數(shù)據(jù)長度的自相關(guān)兩重濾波，可以有效過濾帶內(nèi)白噪聲，大幅度提高信噪比snr，從而為后面信號(hào)的頻譜分析提供良好的信號(hào)質(zhì)量。采用二階卷積漢寧窗，比普通的窗函數(shù)具有更優(yōu)的旁瓣衰減特性，因此在做頻譜分析時(shí)可以大大降低譜間干擾，具有良好的信噪比和抑制譜泄露能力。同時(shí)，該方法可以實(shí)現(xiàn)高精度的頻率測(cè)量，滿足千分之零點(diǎn)一的分辨率需求，適合高精度頻率測(cè)量的場(chǎng)合。

本發(fā)明另一實(shí)施例提供了一種測(cè)量電網(wǎng)頻率的方法，包括圖1所示的步驟101-105，其實(shí)現(xiàn)原理和有益效果參考圖1所示的實(shí)施例。此外，在本發(fā)明實(shí)施例中，步驟101中“對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行自相關(guān)濾波處理”采用二重自相關(guān)濾波的方式，其具體包括步驟a1-a2：

步驟a1：對(duì)k個(gè)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行第一重自相關(guān)濾波處理，確定一重濾波數(shù)據(jù)rs(m)：

其中，m為延時(shí)變量，取值范圍為(0,k-1)；r(n)為第n點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)。本發(fā)明實(shí)施例中，k為采樣數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，由于n的取值從0開始，即存在第0點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)，故本發(fā)明實(shí)施例中的第n點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)實(shí)際為第n+1個(gè)采樣數(shù)據(jù)。1/(n-m)是為了保持信號(hào)包絡(luò)線等幅的隨著m變化的可調(diào)因子，目的是得到與采樣數(shù)據(jù)相同點(diǎn)數(shù)的濾波數(shù)據(jù)，即k個(gè)采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過一重自相關(guān)濾波運(yùn)算后可以得到k個(gè)一重濾波數(shù)據(jù)rs(m)。

步驟a2：根據(jù)一重濾波數(shù)據(jù)進(jìn)行第二重自相關(guān)濾波處理，確定二重濾波數(shù)據(jù)x(m)，并將二重濾波數(shù)據(jù)作為濾波后的采樣數(shù)據(jù)：

其中，m為延時(shí)變量，取值范圍為(0,k-1)；rs(n)為第n點(diǎn)的一重濾波數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實(shí)施例中的第二重自相關(guān)濾波處理與第一重自相關(guān)濾波處理的處理方式相同，只是第二重自相關(guān)濾波處理是基于一重濾波數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。將原始的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過兩次自相關(guān)計(jì)算，可有效過濾帶內(nèi)白噪聲，明顯提高信噪比。

可選的，在獲取到經(jīng)過兩次自相關(guān)運(yùn)算的濾波后的采樣數(shù)據(jù)后，將濾波后的采樣數(shù)據(jù)分為前后兩段數(shù)據(jù)，分別為第一采樣數(shù)據(jù)和第二采樣數(shù)據(jù)，且第一采樣數(shù)據(jù)和第二采樣數(shù)據(jù)共用部分采樣數(shù)據(jù)。本發(fā)明實(shí)施例中，采集3n-1個(gè)采樣數(shù)據(jù)，即k＝3n-1，前2n-1和后2n-1兩段等長的數(shù)據(jù)作為后續(xù)處理對(duì)象，即第一采樣數(shù)據(jù)和第二采樣數(shù)據(jù)，兩段采樣數(shù)據(jù)共用n-1個(gè)數(shù)據(jù)。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，步驟103基于二階卷積漢寧窗分別對(duì)第一采樣數(shù)據(jù)和第二采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗處理，具體包括：

對(duì)第一采樣數(shù)據(jù)x(i)分別進(jìn)行加窗處理，i＝0,1,…2n-1；將相距為n的經(jīng)過加窗處理后的第一采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，將相加處理后的數(shù)據(jù)作為相對(duì)應(yīng)的第一加窗采樣數(shù)據(jù)。

對(duì)第二采樣數(shù)據(jù)x’(i)分別進(jìn)行加窗處理，i＝0,1,…2n-1；將相距為n的經(jīng)過加窗處理后的第二采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，將相加處理后的數(shù)據(jù)作為相對(duì)應(yīng)的第二加窗采樣數(shù)據(jù)；其中，第一采樣數(shù)據(jù)x(i)和第二采樣數(shù)據(jù)x’(i)共用n-1個(gè)數(shù)據(jù)。

具體的，本發(fā)明實(shí)施例中基于二階卷積漢寧窗進(jìn)行加窗處理的示意圖如圖2所示，n點(diǎn)二階漢寧卷積窗由2n-1點(diǎn)對(duì)稱的漢寧窗的構(gòu)造出來，生成2n-1點(diǎn)對(duì)稱漢寧窗采用如下生成多項(xiàng)式：

或者，2n-1點(diǎn)漢寧窗系數(shù)wc(n)可以由matlab函數(shù)hann(2n-1,‘periodic’)得到，然后通過圖2示意方式構(gòu)造加載在采樣數(shù)據(jù)上的二階卷積窗。

如圖2所示，x(n+n-1)至x(n-n+1)是以x(n)為中心點(diǎn)的2n-1個(gè)第一采樣數(shù)據(jù)，圖中的z^-1表示延時(shí)。根據(jù)漢寧窗對(duì)2n-1個(gè)第一采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗處理后，之后分別將相距為n的經(jīng)過加窗處理后的第一采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，從而獲得第一加窗采樣數(shù)據(jù)x1(n+i)，i＝1,2,…,n-1。對(duì)于位于最中間的第一采樣數(shù)據(jù)(即圖2中的x(n))，將根據(jù)漢寧窗進(jìn)行加窗處理后的數(shù)據(jù)作為相對(duì)應(yīng)的第一加窗采樣數(shù)據(jù)x1(n)。綜上，2n-1點(diǎn)第一采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過二階卷積漢寧窗處理后，得到n點(diǎn)第一加窗采樣數(shù)據(jù)，該第一加窗采樣數(shù)據(jù)相對(duì)于原始的采樣數(shù)據(jù)具有良好的信噪比和抑制譜泄露的能力。同理，基于同樣的方式對(duì)第二采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗處理，從而獲得第二加窗采樣數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實(shí)施例中，在經(jīng)過步驟103的加窗處理后，得到兩段不同的n點(diǎn)數(shù)據(jù)(即第一加窗采樣數(shù)據(jù)和第二加窗采樣數(shù)據(jù))，分別求解兩段n點(diǎn)數(shù)據(jù)的第一相位和第二相位，進(jìn)而可以確定電網(wǎng)頻率。具體的，可以采用計(jì)算某個(gè)譜線位置的n點(diǎn)dft譜，然后采用反正切計(jì)算相位值，求解出兩個(gè)相位值。

其中，計(jì)算k點(diǎn)dft公式如下：

其中，wn＝e^-j2π/n。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，上述步驟105根據(jù)第一相位和第二相位確定電網(wǎng)頻率，包括步驟c1-c2：

步驟c1：確定第二相位與第一相位之間的相位差，并根據(jù)相位差與2π進(jìn)行取模運(yùn)算，確定取模運(yùn)算后的數(shù)字角頻率。

步驟c2：根據(jù)數(shù)字角頻率確定電網(wǎng)頻率。

本發(fā)明實(shí)施例中，第二相位減去第一相位后得到的值與2π進(jìn)行取模運(yùn)算，并將取模運(yùn)算后的結(jié)果映射在-0.5至+0.5之間的角頻率上，映射后的結(jié)果即為數(shù)字角頻率，此值為數(shù)字頻偏值。之后根據(jù)該數(shù)字角頻率即可以確定電網(wǎng)頻率f＝δf×(ω+k)，其中：ω為數(shù)字角頻率，k是主譜線值，δf是dft譜的頻率分辨率。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，由于數(shù)據(jù)實(shí)際處理過程存在噪聲，當(dāng)計(jì)算得出的頻率值位于±0.5數(shù)字角頻率附近時(shí)，在dft頻譜內(nèi)，會(huì)造成最后計(jì)算的頻率相差一個(gè)頻率分辨率。為解決上述問題，本發(fā)明實(shí)施例中，步驟c2根據(jù)數(shù)字角頻率確定電網(wǎng)頻率，具體包括步驟c21-c23：

步驟c21：在數(shù)字角頻率與±0.5之間的差值小于預(yù)設(shè)差值時(shí)，確定電網(wǎng)主譜線前一點(diǎn)和后一點(diǎn)的dft值，并確定比較符號(hào)，當(dāng)后一點(diǎn)的dft值大于前一點(diǎn)的dft值時(shí)，比較符號(hào)為正，否則為負(fù)。

本發(fā)明實(shí)施例中，在±0.5角頻率附近設(shè)置一個(gè)預(yù)設(shè)誤差δk，即預(yù)設(shè)差值。當(dāng)數(shù)字角頻率與±0.5之間的差值小于預(yù)設(shè)差值時(shí)，說明該數(shù)字角頻率位于0.5或-0.5附近，此時(shí)確定比較符號(hào)，具體的，當(dāng)電網(wǎng)主譜線后一點(diǎn)的dft值大于前一點(diǎn)的dft值時(shí)，比較符號(hào)為正，否則為負(fù)；計(jì)算dft值的方法如上所述。

步驟c22：確定數(shù)字角頻率與比較符號(hào)是否為相同的符號(hào)，若不相同，則將數(shù)字角頻率做取反處理；若相同，數(shù)字角頻率不變。

本發(fā)明實(shí)施例中，數(shù)字角頻率可能為正，也可能為負(fù)。在數(shù)字角頻率與該比較符號(hào)為同符號(hào)時(shí)(即同正或同負(fù))，此時(shí)不對(duì)數(shù)字角頻率做處理；當(dāng)二者為不同符號(hào)時(shí)，對(duì)數(shù)字角頻率做取反處理，并將取反處理后的角頻率作為最終的數(shù)字角頻率。

步驟c23：根據(jù)處理后的數(shù)字角頻率確定電網(wǎng)頻率，f＝δf×(ω+k)，其中：ω為數(shù)字角頻率，k是主譜線值，δf是dft譜的頻率分辨率。

本發(fā)明實(shí)施例中，通過確定將比較符號(hào)與數(shù)字角頻率的符號(hào)進(jìn)行對(duì)比，來解決臨近數(shù)字頻率點(diǎn)(-0.5,0.5)的抖動(dòng)問題，該方法簡單易用，效率高。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測(cè)量電網(wǎng)頻率的方法，在自相關(guān)濾波算法基礎(chǔ)上采用等數(shù)據(jù)長度的自相關(guān)兩重濾波，可以有效過濾帶內(nèi)白噪聲，大幅度提高信噪比snr，從而為后面信號(hào)的頻譜分析提供良好的信號(hào)質(zhì)量。采用二階卷積漢寧窗，比普通的窗函數(shù)具有更優(yōu)的旁瓣衰減特性，因此在做頻譜分析時(shí)可以大大降低譜間干擾，具有良好的信噪比和抑制譜泄露能力。同時(shí)，該方法可以實(shí)現(xiàn)高精度的頻率測(cè)量，滿足千分之零點(diǎn)一的分辨率需求，適合高精度頻率測(cè)量的場(chǎng)合。且該方法通過確定將比較符號(hào)與數(shù)字角頻率的符號(hào)進(jìn)行對(duì)比，來解決臨近數(shù)字頻率點(diǎn)的抖動(dòng)問題，簡單易用，效率高。

以上詳細(xì)介紹了一種測(cè)量電網(wǎng)頻率的方法流程，該方法也可以通過相應(yīng)的裝置實(shí)現(xiàn)，下面詳細(xì)介紹該裝置的結(jié)構(gòu)和功能。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測(cè)量電網(wǎng)頻率的裝置，參見圖3所示，包括：

濾波模塊31，用于獲取電網(wǎng)采集的采樣數(shù)據(jù)，并對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行自相關(guān)濾波處理。

劃分模塊32，用于對(duì)濾波后的采樣數(shù)據(jù)分為第一采樣數(shù)據(jù)和第二采樣數(shù)據(jù)，且第一采樣數(shù)據(jù)和第二采樣數(shù)據(jù)共用部分采樣數(shù)據(jù)。

加窗模塊33，用于基于二階卷積漢寧窗分別對(duì)第一采樣數(shù)據(jù)和第二采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗處理，分別確定加窗處理后的第一加窗采樣數(shù)據(jù)和第二加窗采樣數(shù)據(jù)。

相位確定模塊34，用于確定第一加窗采樣數(shù)據(jù)的第一相位，并確定第二加窗采樣數(shù)據(jù)的第二相位。

頻率確定模塊35，用于根據(jù)第一相位和第二相位確定電網(wǎng)頻率。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，濾波模塊包括：一重濾波單元，用于對(duì)k個(gè)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行第一重自相關(guān)濾波處理，確定一重濾波數(shù)據(jù)rs(m)：

其中，m為延時(shí)變量，取值范圍為(0,k-1)；r(n)為第n點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)；

二重濾波單元，用于根據(jù)一重濾波數(shù)據(jù)進(jìn)行第二重自相關(guān)濾波處理，確定二重濾波數(shù)據(jù)x(m)，并將二重濾波數(shù)據(jù)作為濾波后的采樣數(shù)據(jù)：

其中，m為延時(shí)變量，取值范圍為(0,k-1)；rs(n)為第n點(diǎn)的一重濾波數(shù)據(jù)。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，加窗模塊包括：

第一加窗單元，用于對(duì)第一采樣數(shù)據(jù)x(i)分別進(jìn)行加窗處理，i＝0,1,…2n-1；將相距為n的經(jīng)過加窗處理后的第一采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，將相加處理后的數(shù)據(jù)作為相對(duì)應(yīng)的第一加窗采樣數(shù)據(jù)。

第二加窗單元，用于對(duì)第二采樣數(shù)據(jù)x’(i)分別進(jìn)行加窗處理，i＝0,1,…2n-1；將相距為n的經(jīng)過加窗處理后的第二采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，將相加處理后的數(shù)據(jù)作為相對(duì)應(yīng)的第二加窗采樣數(shù)據(jù)；其中，第一采樣數(shù)據(jù)x(i)和第二采樣數(shù)據(jù)x’(i)共用n-1個(gè)數(shù)據(jù)。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，頻率確定模塊包括：

角頻率確定單元，用于確定第二相位與第一相位之間的相位差，并根據(jù)相位差與2π進(jìn)行取模運(yùn)算，確定取模運(yùn)算后的數(shù)字角頻率。

頻率確定單元，用于根據(jù)數(shù)字角頻率確定電網(wǎng)頻率。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，頻率確定單元包括：

確定子單元，用于在數(shù)字角頻率與±0.5之間的差值小于預(yù)設(shè)差值時(shí)，確定電網(wǎng)主譜線前一點(diǎn)和后一點(diǎn)的dft值，并確定比較符號(hào)，當(dāng)后一點(diǎn)的dft值大于前一點(diǎn)的dft值時(shí)，比較符號(hào)為正，否則為負(fù)。

比較子單元，用于確定數(shù)字角頻率與比較符號(hào)是否為相同的符號(hào)，若不相同，則將數(shù)字角頻率做取反處理；若相同，數(shù)字角頻率不變。

處理子單元，用于根據(jù)處理后的數(shù)字角頻率確定電網(wǎng)頻率，f＝δf×(ω+k)，其中：ω為數(shù)字角頻率，k是主譜線值，δf是dft譜的頻率分辨率。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測(cè)量電網(wǎng)頻率的裝置，在自相關(guān)濾波算法基礎(chǔ)上采用等數(shù)據(jù)長度的自相關(guān)兩重濾波，可以有效過濾帶內(nèi)白噪聲，大幅度提高信噪比snr，從而為后面信號(hào)的頻譜分析提供良好的信號(hào)質(zhì)量。采用二階卷積漢寧窗，比普通的窗函數(shù)具有更優(yōu)的旁瓣衰減特性，因此在做頻譜分析時(shí)可以大大降低譜間干擾，具有良好的信噪比和抑制譜泄露能力。同時(shí)，該裝置可以實(shí)現(xiàn)高精度的頻率測(cè)量，滿足千分之零點(diǎn)一的分辨率需求，適合高精度頻率測(cè)量的場(chǎng)合。且該裝置通過確定將比較符號(hào)與數(shù)字角頻率的符號(hào)進(jìn)行對(duì)比，來解決臨近數(shù)字頻率點(diǎn)的抖動(dòng)問題，簡單易用，效率高。

以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上。可以根據(jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性的勞動(dòng)的情況下，即可以理解并實(shí)施。

通過以上的實(shí)施方式的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到各實(shí)施方式可借助軟件加必需的通用硬件平臺(tái)的方式來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也可以通過硬件。基于這樣的理解，上述技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，如rom/ram、磁碟、光盤等，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行各個(gè)實(shí)施例或者實(shí)施例的某些部分所述的方法。

前述對(duì)本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述并非想將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進(jìn)行很多改變和變化。對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實(shí)施方案以及各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求書及其等同形式所限定。