電氣信號(hào)數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用研究.pdf

1、現(xiàn)代化電力生產(chǎn)要求實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的數(shù)字化監(jiān)測(cè)、控制與保護(hù)，而這些都基于對(duì)電氣信號(hào)的及時(shí)、準(zhǔn)確和可靠檢測(cè)。本文綜合運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、微機(jī)技術(shù)和電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)，探討真實(shí)反映電氣信號(hào)物理本質(zhì)、精度高、速度快、實(shí)現(xiàn)代價(jià)小、工程實(shí)用的電氣信號(hào)檢測(cè)理論和實(shí)現(xiàn)方法，重點(diǎn)研究電氣信號(hào)采樣方法及電氣參數(shù)估計(jì)有效算法。全文主要工作和貢獻(xiàn)包括以下8個(gè)方面：1)全面分析了硬件同步采樣、軟件同步采樣、異步采樣3種采樣方式的采樣同步誤差及均勻誤差的

2、產(chǎn)生原因，并提出了相應(yīng)的抑制誤差的措施。特別針對(duì)應(yīng)用最廣泛的軟件同步采樣，提出了三個(gè)提高采樣同步度和均勻度的改進(jìn)方法。方法一動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)采樣周期，使由采樣周期量化誤差引起的同步誤差和各采樣點(diǎn)的采樣時(shí)間誤差均不大于定時(shí)器最小分辨時(shí)間的一半，顯著提高采樣同步精度；方法二對(duì)采樣值進(jìn)行校正，使存在同步誤差和均勻誤差的實(shí)際采樣值序列轉(zhuǎn)化為理想均勻同步采樣序列；方法三能消除軟件同步采樣時(shí)間間隔不均勻引起的信號(hào)周期測(cè)量誤差，并通過(guò)修正采樣周期減小采樣同步

3、誤差。方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣，增加工作量小，能顯著提高測(cè)量精度，對(duì)電氣檢測(cè)交流采樣系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)作用。 2)提出了一種抑制故障電氣信號(hào)中非周期分量的采樣值修正算法。與其它方法相比，它不針對(duì)任何特定算法而設(shè)計(jì)，對(duì)所有算法均適用。在微機(jī)保護(hù)中，采用該方法對(duì)采樣值進(jìn)行修正，可顯著減小非周期分量對(duì)計(jì)算的影響。 3)根據(jù)電氣信號(hào)的頻譜特點(diǎn)，在頻譜校正理論的基礎(chǔ)上，提出了適合電氣參數(shù)微機(jī)測(cè)量的DFT校正算法，論述了其“

4、短時(shí)間窗”和“長(zhǎng)時(shí)間窗”算法的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)選用不同的采樣時(shí)間窗長(zhǎng)度、采樣點(diǎn)數(shù)及與之相適應(yīng)的窗函數(shù)，新算法可以滿(mǎn)足高精度計(jì)量及快速電氣測(cè)量等多種應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)測(cè)量精度、實(shí)時(shí)性等性能的不同要求。算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，速度快、精度高、通用性強(qiáng)。 4)應(yīng)用“短時(shí)間窗”DFT校正算法，并根據(jù)同期并列特點(diǎn)和要求，提出了微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期并列算法。該算法對(duì)同一電壓信號(hào)的兩個(gè)采樣序列進(jìn)行DFT，并根據(jù)兩次DFT結(jié)果及差值確定電壓參數(shù)。它不需要同步采樣，在采樣頻率

5、固定不變的情況下，可以對(duì)頻率在較大范圍內(nèi)變化的信號(hào)進(jìn)行頻率、幅值和相位的較精確測(cè)量，從而解決了傳統(tǒng)算法由于并列兩側(cè)電壓信號(hào)頻率不相等，不能同時(shí)同步采樣，難以同時(shí)精確測(cè)量的難題。 5)提出了一種新型窗函數(shù)——矩形自卷積窗。m階卷積窗由m個(gè)矩形窗通過(guò)卷積運(yùn)算，并適當(dāng)添零生成；其幅頻特性在零點(diǎn)處的1至m-1階導(dǎo)數(shù)均為0，在零點(diǎn)附近的值很小，這一特性使其特別適合于電氣信號(hào)的檢測(cè)。 6)提出了基于卷積窗的諧波檢測(cè)算法。算法對(duì)采樣序

6、列加卷積窗，有效抑制了基波及整數(shù)次諧波之間的相互干擾，與諧波分析常用的余弦窗相比，加卷積窗可以獲得高得多的計(jì)算精度；此外，采用基于相位比較的校正算法，并通過(guò)對(duì)校正算法實(shí)現(xiàn)方法的改進(jìn)，顯著減小計(jì)算量。 7)提出了一種電壓、電流有效值及有功功率的測(cè)量算法，該算法將有效值或有功功率的估計(jì)，轉(zhuǎn)化為對(duì)某一構(gòu)造信號(hào)的零頻率分量的估計(jì)，并設(shè)計(jì)一脈沖響應(yīng)為卷積窗的多阻帶濾波器，用該濾波器濾除構(gòu)造信號(hào)中的基波及各次諧波分量，實(shí)現(xiàn)在采樣存在同步誤差