電力系統(tǒng)信號(hào)采集與諧波測(cè)量方法

1、0引言為了保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行,電力參數(shù)的監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。其中電力參數(shù)的測(cè)量包括電網(wǎng)頻率、基波電壓和基波電流幅度、相位、有功功率和無(wú)功功率、諧波等參數(shù)的測(cè)量。本文根據(jù)近二十年國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料,對(duì)電力系統(tǒng)信號(hào)采集方法和諧波測(cè)量方法進(jìn)行了總結(jié)。除此之外,本文還簡(jiǎn)要介紹了目前電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)電力參數(shù)的集成儀器-電力參數(shù)測(cè)量?jī)x,它是一個(gè)多功能的數(shù)字儀表,它集數(shù)據(jù)采集與控制功能為一身,它可以代替多種儀表、繼電器、變送器和其它元件。電力參數(shù)測(cè)量?jī)x可以安裝在配電系統(tǒng)內(nèi)的不同位置。1交流信號(hào)的采集交流電信號(hào)的采集可分為直流采樣和交流采樣兩種方式。直流采樣是將變送器輸出的直流量進(jìn)行A/ D轉(zhuǎn)換,軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,

2、計(jì)算簡(jiǎn)便,對(duì)采樣值只需作一次比例變換即可得到被測(cè)量的數(shù)值,采樣速率要求不高。在微機(jī)應(yīng)用的初期,此方法得到廣泛的應(yīng)用。然而,直流采樣一般只能反映被測(cè)量的單一信息(如有效值,時(shí)間常數(shù)大,不能及時(shí)反映被測(cè)量的突變。交流采樣是對(duì)被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)值進(jìn)行采樣,然后對(duì)采樣值進(jìn)行分析計(jì)算獲取被測(cè)量的信息。交流采樣的采樣速率要求高,程序計(jì)算量相對(duì)較大,但它的采樣值中所含信息量大,可通過(guò)不同的算法獲取我們所關(guān)心的多種信息(如有效值、相位、諧波分量等等,實(shí)時(shí)性好,硬件簡(jiǎn)單,成為目前主要使用的采樣方式。電力系統(tǒng)信號(hào)采集與諧波測(cè)量方法*梅永1,2,王柏林1(1.河海大學(xué)電氣工程學(xué)院,南京210098;2.南京信息工程大學(xué)

3、電子與信息工程學(xué)院,南京210044摘要:電力參數(shù)監(jiān)測(cè)是電力系統(tǒng)中最基本的計(jì)算之一,對(duì)指導(dǎo)電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)和可靠運(yùn)行起著關(guān)鍵的作用。本文回顧了近二十年來(lái)電力參數(shù)算法的發(fā)展進(jìn)程,介紹了信號(hào)采樣方法并作了簡(jiǎn)要比較和評(píng)述。對(duì)于諧波檢測(cè)方法的發(fā)展方向,本文亦作了一些探討。關(guān)鍵詞:電力參數(shù);交流采樣;諧波測(cè)量中圖分類(lèi)號(hào):TM933文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-1390(200809-0005-06Signal acquisition and measurement methods for harmonics inpower systemsMEI Yong1,2,WANG Bo-lin1(1.Sch

4、ool of Electric Engineering,Hehai University,Nanjing210098,China.2.School of Electronics and Information Engineering Nanjing University ofInformation Science&Technology,Nanjing210044,ChinaAbstract:The measurement of power parameters is one of the most basic calculation inpower systems and plays

5、a key role on running power systems in security,economy andreliability.This paper reviewed the development of algorithm of power parameters in recenttwenty years,introduced the sampling algorithms of signal and gave brief comparison andcomment.The new trend of the development of harmonic measurement

6、 was also discussed inthis paper.Key words:power parameters,AC sampling,harmonics measurement*南京信息工程大學(xué)?？蒲谢鹳Y助項(xiàng)目(Y607交流采樣相當(dāng)于用一條階梯曲線代替一條光滑的正弦曲線,其原理誤差主要有兩項(xiàng):一項(xiàng)是用時(shí)間上離散的數(shù)據(jù)近似代替時(shí)間上連續(xù)的數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的誤差,這主要是由每個(gè)正弦信號(hào)周期中的采樣點(diǎn)數(shù)決定的,實(shí)際上它取決于A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度和CPU的處理時(shí)間;另一項(xiàng)是將連續(xù)的電壓或電流進(jìn)行量化而產(chǎn)生的量化誤差,這主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,如今的微型機(jī)、單片機(jī)、D

7、SP、PSoC處理速度大大提高,同時(shí)也出現(xiàn)了種類(lèi)繁多而且性能價(jià)格比較好的高速A/D轉(zhuǎn)換器,為交流采樣法奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。交流采樣法主要包括同步采樣法、準(zhǔn)同步采樣法、非整周期采樣法、非同步采樣法等幾種。下面分別對(duì)它們進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。同步采樣法1是指采樣時(shí)間間隔T S與被測(cè)交流信號(hào)周期T及一個(gè)周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)N之間滿(mǎn)足關(guān)系式T=N·T S。同步采樣法又被稱(chēng)作等間隔整周期采樣或等周期均勻采樣。同步采樣法需要保證采樣截?cái)鄥^(qū)間正好等于被測(cè)連續(xù)信號(hào)周期的整數(shù)倍。同步采樣法的實(shí)現(xiàn)方法有兩種:一是硬件同步采樣法;二是軟件同步采樣法2。硬件同步采樣法在采樣計(jì)算法發(fā)展的初期被普遍采用。1971年美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

8、局的R.S.Turgel博士將計(jì)算機(jī)采樣數(shù)值計(jì)算用于精密測(cè)量領(lǐng)域,研制出第一臺(tái)同步采樣計(jì)算式功率表。理論上只要嚴(yán)格滿(mǎn)足T=N·T S且N>2M(M為被測(cè)信號(hào)最高次諧波次數(shù),用同步采樣法就不存在測(cè)量方法上的誤差。實(shí)際上,采樣周期與被測(cè)信號(hào)周期實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格同步有一定的困難。在實(shí)際采樣測(cè)量中,采樣周期不能與被測(cè)信號(hào)周期實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格同步,即N次采樣不是落在2區(qū)間上,而是落在2+區(qū)間上,稱(chēng)為同步偏差或周期偏差(亦稱(chēng)截?cái)嗾`差。DFT或FFT都是建立在同步采樣條件上的,文獻(xiàn)3-4已經(jīng)研究過(guò):存在同步偏差時(shí),基于DFT或FFT的諧波分析會(huì)產(chǎn)生一定的誤差同步誤差。用FFT對(duì)信號(hào)進(jìn)行譜分析時(shí),使用數(shù)據(jù)窗把

9、無(wú)限長(zhǎng)連續(xù)信號(hào)截?cái)喑捎邢揲L(zhǎng)序列,被截?cái)嗪蟮男盘?hào)譜線由原來(lái)的離散譜線向附近展寬,造成頻譜泄漏,使頻譜分辨率降低。當(dāng)對(duì)周期信號(hào)進(jìn)行諧波分析時(shí),只有當(dāng)各次諧波成分對(duì)應(yīng)的譜線位于FFT的計(jì)算點(diǎn)上時(shí),才能準(zhǔn)確地計(jì)算出各諧波的頻譜值,否則由于頻譜泄漏的原因,計(jì)算出的將是泄漏譜,引入較大的誤差。為此,常采用鎖相環(huán)來(lái)構(gòu)成頻率跟蹤電路實(shí)現(xiàn)同步等間隔采樣。如目前研制出的一種應(yīng)用數(shù)字鎖相環(huán)路(DPLL原理,基于倍頻器的同步采樣脈沖發(fā)生裝置,它能產(chǎn)生同步于被測(cè)信號(hào)基頻的采樣脈沖,當(dāng)信號(hào)基頻發(fā)生漂移時(shí),裝置還能自動(dòng)跟蹤信號(hào)基頻并產(chǎn)生新的同步于信號(hào)基頻的脈沖,它能大大削弱截?cái)嗾`差的影響。但是,鎖相環(huán)電路除了硬件較為復(fù)雜,

10、它還會(huì)受電網(wǎng)波形和干擾的影響,并且電網(wǎng)頻率變化時(shí)頻率跟蹤也有一定的延遲。軟件同步采樣法的一般實(shí)現(xiàn)方法是:首先測(cè)出被測(cè)信號(hào)的周期T,用該周期除以一周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)N,得到采樣間隔,并確定定時(shí)器的計(jì)數(shù)值,用定時(shí)中斷方式實(shí)現(xiàn)同步采樣。該方法省去了硬件環(huán)節(jié),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但當(dāng)信號(hào)頻率飄移時(shí),信號(hào)的周期無(wú)法精確測(cè)到,因?yàn)樵诋?dāng)前周期的采樣完成之前其寬度是未知的,最多只能精確測(cè)到前一個(gè)周期寬度。按不準(zhǔn)確的周期T 計(jì)算的采樣間隔,就不能與正在采樣的信號(hào)周期同步,即存在采樣同步偏差。此外,由于采樣間隔由單片機(jī)定時(shí)器來(lái)定時(shí),定時(shí)器的時(shí)鐘周期T d取決于晶振頻率,所以由定時(shí)器給出的采樣間隔與理論計(jì)算所得采樣值比較將存在著

11、截?cái)嗾`差,該誤差積累N點(diǎn)后,必然引起周期誤差和方法誤差。針對(duì)這一問(wèn)題的解決辦法有“雙速率采樣法”、“積累誤差法”等,這兩種方法可以把截?cái)嗾`差控制在定時(shí)器字節(jié)末位產(chǎn)生的時(shí)間偏差內(nèi)。為減少采樣同步偏差對(duì)諧波分析精度的影響,可用“窗函數(shù)法”和“準(zhǔn)同步法”對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,其中,窗函數(shù)法是把時(shí)域被測(cè)函數(shù)與某種低旁瓣特性的函數(shù)相乘之后,再進(jìn)行所需的數(shù)據(jù)運(yùn)算或處理。窗函數(shù)能彌補(bǔ)有限時(shí)間長(zhǎng)度采樣產(chǎn)生的頻譜泄漏,恢復(fù)原周期信號(hào)自身完整的頻譜。但這種方法也會(huì)帶來(lái)有效頻率加寬或變模糊等不良后果。準(zhǔn)同步法也可看作是一種窗函數(shù)法,其優(yōu)點(diǎn)是采樣周期不要求與被測(cè)信號(hào)周期嚴(yán)格同步,但它以較長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間為代價(jià)。準(zhǔn)同步是為

12、了減少截?cái)嗾`差采取的方法。準(zhǔn)同步采樣法5是上世紀(jì)八十年代初由東南大學(xué)戴先中教授提出的,在|不太大的情況下,當(dāng)滿(mǎn)足N>M·(2+/2時(shí),通過(guò)適當(dāng)增加采樣數(shù)據(jù)量和增加迭代次數(shù)來(lái)提高測(cè)量準(zhǔn)確度的方法。它不要求采樣周期與信號(hào)周期嚴(yán)格同步,不要求同步環(huán)節(jié),對(duì)第一次采樣的起點(diǎn)無(wú)任何要求。準(zhǔn)同步采樣不僅降低了對(duì)信號(hào)頻率的要求,而且也降低了對(duì)采樣時(shí)間間隔的要求,降低了對(duì)振蕩器振蕩頻率的要求。因此準(zhǔn)同步采樣技術(shù)可以用要求低的振蕩器代替同步采樣中要求高的同步環(huán)節(jié),使測(cè)量裝置簡(jiǎn)單,簡(jiǎn)化電路。與同步采樣法一樣,兩者均要求被測(cè)信號(hào)在短時(shí)間內(nèi)是穩(wěn)定的。準(zhǔn)同步采樣法的不足之處在于:它需要通過(guò)增加采樣周期和每

13、周期的采樣點(diǎn)數(shù)并采用迭代運(yùn)算的方法來(lái)消除同步誤差,其所需數(shù)據(jù)較多,不適合多回路、多參量實(shí)時(shí)性要求高的在線交流測(cè)量系統(tǒng),而且受短暫突發(fā)性干擾影響的可能性要比同步采樣大。針對(duì)以上缺點(diǎn),清華大學(xué)的鄧春先生提出了“快速準(zhǔn)同步一次加權(quán)法”,東南大學(xué)的潘文先生提出了減少迭代次數(shù)的三種方法:“尋優(yōu)法”、“補(bǔ)償法”、“數(shù)字濾波法”。這些方法縮短了測(cè)量時(shí)間,加快了數(shù)據(jù)處理速度,但需要準(zhǔn)確地測(cè)量信號(hào)周期,并且采樣起始點(diǎn)的選擇將影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的張建秋、陶然等提出了一種“非整周期采樣理論”6,他們認(rèn)為:使用準(zhǔn)同步采樣、加窗技術(shù)和加窗-插值技術(shù)等來(lái)抑制頻譜泄漏誤差,在原理上或多或少存在著測(cè)量方法誤差,

14、所謂非整周期采樣就是以采樣時(shí)間間隔T S=K(1-T/N(-1<< 1,稱(chēng)為同步偏差,T為信號(hào)周期,N為采樣次數(shù),K為采樣周期數(shù),對(duì)連續(xù)周期信號(hào)進(jìn)行采樣。非整周期采樣諧波分析方法所需要的數(shù)據(jù)可以?xún)H為約一個(gè)周期,從而使諧波分析有可能跟蹤信號(hào)的波動(dòng),而且不管實(shí)際采樣是否同步,均能較準(zhǔn)確地分析諧波。由于所需數(shù)據(jù)可以在一個(gè)周期內(nèi)獲得,該方法適合于快速測(cè)量,算法實(shí)時(shí)性較好。但非整周期采樣理論僅適用于周期信號(hào)。非同步采樣法是使用固定的采樣間隔,通過(guò)調(diào)整采樣值,使采樣周期與信號(hào)周期(或信號(hào)周期的整數(shù)倍的差值小于一個(gè)采樣間隔的測(cè)量方法。1981年,M.F.Matouka使用非同步采樣的方法研制出非

15、正弦波形系統(tǒng)的功率、電能寬帶采樣數(shù)字式系統(tǒng),測(cè)量準(zhǔn)確度優(yōu)于0.5%。1983年美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局用非同步采樣研制出“寬帶功率表”,當(dāng)畸變信號(hào)頻率從1Hz10k Hz變化時(shí),通過(guò)適當(dāng)調(diào)整采樣周期和增加采樣頻率(2.34 300kHz,使樣機(jī)的測(cè)量準(zhǔn)確度達(dá)到0.1%,該表的準(zhǔn)確度較高,但它使用16位的A/D轉(zhuǎn)換器和微處理器,電路復(fù)雜,成本較高。綜上所述,針對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)際情況,合理選擇采樣技術(shù)及相關(guān)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理是提高測(cè)量準(zhǔn)確度的重要環(huán)節(jié)。隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)和采樣計(jì)算式測(cè)量技術(shù)的飛速發(fā)展,將多樣化的測(cè)量方法和數(shù)據(jù)處理融為一體的測(cè)量?jī)x器的智能化和自動(dòng)化水平大為提高,并已成為傳統(tǒng)儀器更新?lián)Q代的新趨勢(shì)。同

16、步采樣法用于周期信號(hào)的諧波分析,具有過(guò)程簡(jiǎn)潔明了、易操作等特點(diǎn),但因同步技術(shù)比較復(fù)雜,嚴(yán)格的同步在原理上是極少存在的,因而具有局限性;準(zhǔn)同步采樣方法無(wú)須知道信號(hào)周期即可計(jì)算出諧波參數(shù),用一個(gè)復(fù)雜的疊代收斂過(guò)程獲得足夠的測(cè)量準(zhǔn)確度,除了實(shí)時(shí)性不好外,確有不少優(yōu)勢(shì),但因不測(cè)量信號(hào)周期,則頻率特性只具有相對(duì)意義,無(wú)法在本方法中給出精確值。準(zhǔn)同步采樣補(bǔ)償法也不要求與信號(hào)采樣同步,但要求取信號(hào)周期,并且每種不同的補(bǔ)償法的最佳補(bǔ)償條件也不相同,其過(guò)程也比較復(fù)雜。在良好解決(或精確已知信號(hào)周期值的前提下,非整周期采樣方法則是一種適應(yīng)性良好的諧波分析方法。實(shí)際測(cè)量中,可以在準(zhǔn)確獲得信號(hào)周期狀況下,可使用準(zhǔn)同步

17、采樣方式進(jìn)行諧波分析,但在精度、實(shí)時(shí)性、抗干擾性方面都較理想的算法還在進(jìn)一步研究中。目前非同步采樣也得到廣泛的應(yīng)用,只不過(guò)要對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行一定算法處理,如加權(quán)DFT算法。2諧波檢測(cè)方法綜述2.1模擬濾波器模擬濾波器有兩種,一是通過(guò)濾波器濾除基波電流分量,得到諧波電流分量。二是用帶通濾波器得出基波分量,再與被檢測(cè)電流相減后得到諧波電流分量,其原理和電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)低,能濾除一些固有頻率的諧波。缺點(diǎn)是:(1誤差大,實(shí)時(shí)性差,在電網(wǎng)頻率變化時(shí)尤其明顯;(2對(duì)電路元件參數(shù)十分敏感,參數(shù)變化時(shí)檢測(cè)效果明顯變差。2.2基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波檢測(cè)方法日本學(xué)者H.Akagi在1983年提出瞬時(shí)無(wú)功功率理

18、論,以瞬時(shí)實(shí)功率P和瞬時(shí)虛功率Q的定義為基礎(chǔ)即PQ理論,后又補(bǔ)充定義瞬時(shí)有功電流i p和瞬時(shí)無(wú)功電流i Q等物理量,經(jīng)歷了一個(gè)逐漸完善的過(guò)程7-9。它首先用于三相電路諧波檢測(cè)中,目前在有源電力濾波器中,該諧波檢測(cè)法應(yīng)用最多。以計(jì)算P和Q為出發(fā)點(diǎn)的稱(chēng)為P-Q法,以計(jì)算i p和i Q為出發(fā)點(diǎn)的稱(chēng)為i P-i Q法。它們都能準(zhǔn)確地檢測(cè)對(duì)稱(chēng)三相電路的諧波值,實(shí)時(shí)性較好,在只需測(cè)量諧波時(shí)可省去鎖相環(huán)電路。i P-i Q法的適應(yīng)范圍更寬,能適應(yīng)不對(duì)稱(chēng)電網(wǎng)和電壓波形畸變時(shí)的情況,因按i P、i Q運(yùn)算方式時(shí)只讀取sint和cost參與運(yùn)算,畸變電壓的諧波成份在運(yùn)算中不出現(xiàn),因而它在電源電壓畸變情況下也能準(zhǔn)確

19、檢測(cè)出諧波電流,而P-Q法在這種情況下則誤差較大。2.3基于傅立葉變換的諧波檢測(cè)方法該法用快速傅立葉變換(簡(jiǎn)稱(chēng)FFT獲取各次諧波信號(hào)的幅值、頻率和相位。測(cè)量時(shí)間是信號(hào)周期的整數(shù)倍和采樣頻率大于Nyquist頻率時(shí),該方法檢測(cè)精度高、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、功能多且使用方便,在頻譜分析和諧波檢測(cè)兩方面均得到廣泛應(yīng)用,但計(jì)算量大,因而實(shí)時(shí)性不夠好。對(duì)非整數(shù)次諧波的檢測(cè)有頻譜泄漏和柵欄現(xiàn)象等缺點(diǎn),從而使檢測(cè)出的諧波幅值、相角和頻率有誤差。泄漏誤差來(lái)自?xún)煞矫?一是信號(hào)負(fù)頻分量引入的長(zhǎng)范圍泄漏,二是窗扇形損失引入的短范圍泄漏。提高其檢測(cè)精度的關(guān)鍵在于減小泄漏和其它誤差,通常用以下算法來(lái)解決。(1加窗算法通過(guò)構(gòu)建窗函數(shù)

20、,用加窗法可大大減小頻譜泄漏。長(zhǎng)范圍泄漏可通過(guò)性能優(yōu)良的窗函數(shù)或增加測(cè)量時(shí)間解決。常用窗函數(shù)有:(1具有旁瓣幅值衰減最快特點(diǎn)的窗函數(shù);(2旁瓣幅值一定時(shí)具有最小主瓣寬度的窗函數(shù);(3組合窗函數(shù)?；谟嘞液瘮?shù)的組合窗函數(shù)可表示為:(1式中N為一個(gè)周期內(nèi)采樣數(shù)據(jù)個(gè)數(shù),n=0N-1。這類(lèi)窗只選取觀測(cè)時(shí)間是信號(hào)周期的整數(shù)倍,其頻譜在各次整數(shù)倍諧波頻率處幅值為零,因而諧波之間不發(fā)生相互泄漏,所以它可有效減小頻譜泄漏,提高檢測(cè)精度。如果允許一次測(cè)量時(shí)間大于4個(gè)信號(hào)周期,可優(yōu)先選用四階布拉克曼窗,則諧波衰減>92dB。(2插值算法V K Jain等人提出了基于矩形窗、海寧窗和Rife-Vincent窗

21、的插值理論,使頻譜計(jì)算精度較傳統(tǒng)的FFT 方法有較大提高,但測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng),通常測(cè)20個(gè)信號(hào)周期,需1024個(gè)樣本數(shù)據(jù)。對(duì)無(wú)噪聲信號(hào),在低頻段用該算法其精度仍較高;對(duì)含有白噪聲的信號(hào),信噪比> 40dB時(shí),諧波頻率、幅值和相位的計(jì)算精度分別優(yōu)于0.1、0.5和0.1級(jí),并大大加快了算法速度。(3雙峰譜線修正算法這是用兩根譜線的加權(quán)平均來(lái)修正幅值的雙峰譜線修正算法。該方法用距諧波頻點(diǎn)最近的兩根離散頻譜幅值估計(jì)出待求諧波幅值,同時(shí)用多項(xiàng)式逼近法獲得頻率和幅值修正的計(jì)算公式,這些改進(jìn)降低了頻譜泄漏和噪聲干擾,并推導(dǎo)出一些典型窗函數(shù)的諧波分析實(shí)用修正公式,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該方法的有效性和易實(shí)現(xiàn)性。(

22、4自適應(yīng)諧波檢測(cè)方法對(duì)自適應(yīng)諧波檢測(cè)方法的研究日益廣泛和深入。一方面通過(guò)計(jì)算機(jī)用軟件編程作仿真研究,另一方面通過(guò)硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。該方法的自適應(yīng)能力很好,能較好地跟蹤檢測(cè)且精度較高,缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢。(5基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波檢測(cè)方法目前人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已成功用于諧波檢測(cè)。神經(jīng)元是組成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本單元,它有一定的映射能力及自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)等功能,故單個(gè)神經(jīng)元可視為最簡(jiǎn)單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)研究單個(gè)神經(jīng)元的映射關(guān)系和學(xué)習(xí)算法,提出了基于單個(gè)神經(jīng)元的諧波檢測(cè)方法。所構(gòu)成的神經(jīng)元模型為:(2相應(yīng)修正權(quán)值的公式為:i(t+1=i(t+e(t+a(i(t-i(t-1,i=1,2,n+1,(t+1=(t+e(t+a(

23、t-(t-1(3式中為學(xué)習(xí)率,取值太大影響穩(wěn)定,太小會(huì)使收斂速度變慢;最后一項(xiàng)為慣性項(xiàng),加上它可使取值大一些。通過(guò)研究表明,用模擬電路做成實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法是可行的。(6基于小波分析小波分析是時(shí)頻分析的重要工具,它克服了傅立葉分析在頻域完全局部化而在時(shí)域完全無(wú)局部化的缺點(diǎn),尤其適合突變信號(hào)的分析與處理。它在頻域和時(shí)域同時(shí)具有局部性,因而能算出某一特定時(shí)間的頻率分布,并將各種不同頻率組成的頻譜信號(hào)分解成不同頻率的信號(hào)塊。因而通過(guò)小波變換,可較準(zhǔn)確地求出基波電流,進(jìn)而求得諧波。除上述方法以外,作者閱讀了大量的諧波測(cè)量的文獻(xiàn)資料。近年來(lái),快速和高效微處理器的發(fā)展和頻率估計(jì)的數(shù)字算法以及現(xiàn)代

24、信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展,更多的算法被提出,如過(guò)零采樣技術(shù)10、最小方差技術(shù)11、卡爾曼濾波算法12、模糊算法13、數(shù)值微分技術(shù)14、修改的DFT15、頻域變換16、多譜線插值17等眾多的諧波測(cè)量方法。這些方法在提高諧波分析精度和速度方面各有優(yōu)缺點(diǎn),這里就不再一一比較。3仿真工具和實(shí)踐工具諧波算法的仿真工具通常采用MATLAB來(lái)實(shí)現(xiàn),在實(shí)際系統(tǒng)中上述所提算法要靠實(shí)際工具來(lái)實(shí)現(xiàn)。諧波測(cè)量裝置經(jīng)歷了從早期的模擬、數(shù)字電路模塊,到目前廣泛使用的單片機(jī)、工控機(jī)、PSOC、DSP等發(fā)展過(guò)程。諧波測(cè)量裝置的開(kāi)發(fā)過(guò)程包括算法理論設(shè)計(jì)、仿真調(diào)試、程序固化和動(dòng)態(tài)模擬或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等過(guò)程。4電力參數(shù)監(jiān)測(cè)裝置電力測(cè)量模塊PM

25、M(Power Measuring Module是對(duì)電網(wǎng)的電力參數(shù)進(jìn)行綜合測(cè)量的基本模塊,可作為高性能TTU、RTU、FTU、多功能電能表、有源電力濾波器等電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的前端測(cè)量單元。長(zhǎng)期以來(lái),提高電力參數(shù)測(cè)量的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和降低成本一直是電力監(jiān)控領(lǐng)域的研究方向。下面用一個(gè)具體產(chǎn)品來(lái)W(n=1N蒡Hahcos2nhNh=0i1p*=蒡n+1i(txi(t-(ti=1說(shuō)明。Wash.-福祿克公司(Fluke Corporation是手持式電氣測(cè)試和測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的全球領(lǐng)先者,目前推出了Fluke1760三相電能質(zhì)量記錄儀。該記錄儀的原型是LEM Topas2000電能質(zhì)量分析儀(福祿克公司在

26、2005年收購(gòu)了萊姆儀器。Fluke1760完全符合IEC61000-4-30A級(jí)標(biāo)準(zhǔn),專(zhuān)門(mén)針對(duì)中、低壓電網(wǎng)中的公共事業(yè)和工業(yè)配電系統(tǒng)的高級(jí)測(cè)試和分析而設(shè)計(jì)。美國(guó)FLuke1760為用戶(hù)提供了自定義門(mén)限、算法和測(cè)量選項(xiàng)的靈活性,可用于高級(jí)分析和生成報(bào)告。該儀器提供了按照EN50160標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的功能,可測(cè)量大量的各種參數(shù),包括有效值、閃變、電壓驟降、電壓驟升、三相電壓不平衡、高達(dá)50次的電流和電壓諧波、間諧波、諧波畸變率、控制信號(hào)、無(wú)功功率、瞬變和功率因數(shù)。該儀器還具有GPS時(shí)間同步功能,用戶(hù)可以將數(shù)據(jù)與事件或其它數(shù)據(jù)集進(jìn)行準(zhǔn)確關(guān)聯(lián),并且利用其10MHz、6000Vpk波形捕獲

27、能力,可以提供事件的詳細(xì)信息。該儀器具有一個(gè)2GB的內(nèi)置存儲(chǔ)器,可以在長(zhǎng)時(shí)間周期內(nèi)同時(shí)詳細(xì)記錄許多電能參數(shù),并且內(nèi)置電池可在斷電時(shí)提供長(zhǎng)達(dá)40分鐘的工作時(shí)間。利用集成式網(wǎng)口,即使在記錄的同時(shí)亦可將數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。隨Fluke1760儀器提供的PQ Analyze軟件,可以進(jìn)行詳細(xì)的電能質(zhì)量分析和生成報(bào)告。在線模式下,軟件可以遠(yuǎn)程設(shè)置儀器,實(shí)時(shí)檢查儀器的實(shí)際設(shè)置以及下載數(shù)據(jù)。能夠以趨勢(shì)圖的形式觀察數(shù)據(jù),查找問(wèn)題根源,或者以各種形式的統(tǒng)計(jì)摘要進(jìn)行顯示。我國(guó)配變監(jiān)測(cè)終端從無(wú)到有逐步完善。為適應(yīng)配電自動(dòng)化不斷發(fā)展的需求,配變監(jiān)測(cè)終端將進(jìn)一步朝著功能完善化、技術(shù)智能化、通信集成化、結(jié)構(gòu)模塊化、設(shè)計(jì)

28、標(biāo)準(zhǔn)化、體積小型化、產(chǎn)品系列化的方向發(fā)展。5總結(jié)及諧波檢測(cè)方法的發(fā)展趨勢(shì)電力參數(shù)的測(cè)量可以分為以下幾個(gè)步驟:一是信號(hào)的預(yù)處理,主要是信號(hào)的變換;二是信號(hào)的采集,通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn);三是對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理,從而得到我們要測(cè)量的參數(shù)。測(cè)量過(guò)程中難免會(huì)產(chǎn)生誤差,誤差的來(lái)源主要有三個(gè)方面:一是信號(hào)采集過(guò)程中的截?cái)嗾`差,必須考慮把截?cái)嗾`差控制到最小用(雙速率、自適應(yīng)、過(guò)采樣等等方法,這是原始的信息儲(chǔ)備,為頻域分析準(zhǔn)備基礎(chǔ);二是在對(duì)無(wú)限長(zhǎng)時(shí)域數(shù)據(jù)進(jìn)行有限長(zhǎng)時(shí)間截取中產(chǎn)生的泄漏誤差,對(duì)這類(lèi)誤差主要采用了一定的算法(如雙峰插值、加窗等來(lái)盡可能地減少;三是定時(shí)器的定時(shí)誤差,這類(lèi)誤差隨著CPU運(yùn)算速度及

29、計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)的提高可以忽略。隨著現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展,諧波檢測(cè)方法在朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展:(1由確定性的慢時(shí)變的諧波測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機(jī)條件下的快速動(dòng)、暫態(tài)諧波跟蹤,是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行深入發(fā)展的需要;(2諧波檢測(cè)算法向智能化、多功能實(shí)用化發(fā)展,求解方法從直觀的函數(shù)解析過(guò)渡到進(jìn)入復(fù)雜的數(shù)值分析和信號(hào)處理領(lǐng)域;精確的分析和信號(hào)處理;針對(duì)非穩(wěn)態(tài)波形畸變,尋求新的數(shù)學(xué)方法,如小波變換等,是人們關(guān)注的方向;(3諧波檢測(cè)效果向高精度、高速度和實(shí)時(shí)性好的方向發(fā)展,現(xiàn)有方法中檢測(cè)精度高則速度慢,檢測(cè)速度快則精度低或?qū)崟r(shí)性不好。故必須研究新的諧波特性辨識(shí)方法和數(shù)學(xué)方法,以滿(mǎn)足高精度測(cè)量的要求;(4諧波檢測(cè)及分析與

30、控制目標(biāo)相結(jié)合,測(cè)量、分析與控制一體化、集成化,使測(cè)量系統(tǒng)低成本、高性能和多功能化;(5完善現(xiàn)有諧波檢測(cè)理論體系并建立新體系,提出新的諧波檢測(cè)方法。研究諧波特性辨識(shí)方法,為高精度測(cè)量方法提供依據(jù)。參考文獻(xiàn)1陳文進(jìn),江道灼.電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采樣的幾種同步方法J.繼電器, 2003,31(11.2沈國(guó)蜂,王祁,王華.交流電參數(shù)測(cè)量中同步采樣的軟件定時(shí)補(bǔ)償算法J.電測(cè)與儀表,2003,(3:25-26,54.3張伏生,等.電力系統(tǒng)諧波分析的高精度Fourier算法J.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),1999,10(3:63-66.4李庚銀,等.快速傅立葉變換的兩種改進(jìn)算法J.電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 1997,21(12:3

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37、液晶屏的顯示運(yùn) 行、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及與主控制板的數(shù)據(jù)交互；用于存放 液 晶 屏 顯 示 數(shù) 據(jù) 的 FLASH 芯 片 24C512 以 I C 模 式 運(yùn) 2 中挑選兩者有交集的方法來(lái)編寫(xiě)這兩類(lèi)算法，節(jié)約了 內(nèi)存的空間。 參 考 文 獻(xiàn) （ 1 George J.Wakileh 著，徐 政 譯） 電 力 系 統(tǒng) 諧 波 - 基 本 原 理 、分 析 方 法 和濾波器設(shè)計(jì) M 機(jī)械工業(yè)出版社，2003 行；DS1307 為實(shí)時(shí)時(shí)鐘，用于程序中相應(yīng)時(shí)間信息的 采集，I2C 模式運(yùn)行；74LS166 是鍵盤(pán)信號(hào)采集芯片，為 2 肖 雁 鴻 ，毛 筱 ，周 靖 林 ，等 電 力 系 統(tǒng) 諧 波 測(cè) 量 方 法 綜 述 J 電 網(wǎng) 技 術(shù)，2002 ，26(6 ：61-64 3 孫才華，宗偉，何磊，等 一種任意整數(shù)次諧波電壓實(shí) 時(shí) 檢 測(cè) 方 法 J 中國(guó)電