本发明公开了一种孤网变频系统中二次侧电流电压频率跟踪方法，包括以下步骤：1)采样装置以10kHz～100kHz的采样率，采集孤网变频系统中的电流电压信号；2)基于傅里叶变换，提取电流电压信号中的二次侧电流电压待测信号的基波分量；3)利用过零点检测方法确定二次侧电流电压待测信号的基波分量的过零点，并记录每个过零点的之间的采样点数；4)根据过零点之间的采样点数，确定一个周期的平均采样点数，假设待测信号的频率为50Hz，利用频率计算公式得到待测信号的频率。本发明的优点有：1、具有较高的鲁棒性，跟踪频率范围较宽，在假设频率为50Hz时，信号频率从20Hz～100Hz均能正常跟踪。2、算法实现简单，测量精度达到要求。具有较高的抗噪声干扰能力。
1.孤网变频系统中二次侧电流电压频率跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采样装置以10kHz～100kHz的采样率，采集孤网变频系统中的电流电压信号；
2)基于傅里叶变换，提取二次侧电流电压信号中的基波分量；具体实现方法如下：
式中：C为基波分量的幅值；ω为基波分量角速度，为初始相位，R(t)为高次谐波和均值为零的白噪声信号组成；
202)如果基波分量的角速度ω未知，则假设为ωa，得到傅里叶系数X如下：式中： A、B分别为傅里叶变换的正弦分量和余弦分量，ωa为傅里叶系数中的角频率，m是假设频率中一个周期中的采样点数，且Ta＝2π/ωa，xn表示第n个采样点；
203)假设采集系统的采样率为fs＝m/Ta＝1/Ts，Ts是采样间隔，则在离散傅里叶序列中，基波分量的频率可以用采样间隔和的基波分量一个周期内的采样点表示，即1/(采样间隔*采样点数)，待测信号的基波分量cosine和sine，即A和B是时间的周期函数，且A(t)和B(t)是待测信号频率f的正交周期函数；
式中：n表示采样点位置，m表示一个周期内的采样点数，xnXn是对应的采样点值，α为ωaTa/m；对于余弦基波分量有：ωaTa＝2π·fa·Ta；
3)利用过零点检测方法确定二次侧电流电压的基波分量中过零点，并记录每个过零点的之间的采样点数；
4)根据过零点之间的采样点数，确定一个周期的平均采样点数，设定假设基波分量的频率，利用频率计算公式得到基波分量的频率，由于基波分量的频率即为待测信号的频率，故得到待测信号的频率。
2.根据权利要求1所述的孤网变频系统中二次侧电流电压频率跟踪方法，其特征在于，步骤3)的具体实现方法如下：
301)在过零点处，如从正半轴到负半轴，上一个周期中最后一个采样点为正值Ap，下一个周期第一个采样点An为负值；
在过零点区域，cosine函数用线性函数表示为：且假设K+P＝1 (4)
303)当基波分量经过过零点时，从正半周到负半周，P表示为下一个周期的第一个采样点；在下一个过零点处，从负半轴到正半轴，K表示为前一个周期的最后一个点，P表示下一个周期的第一个点，所有介于An和Ap之间的采用点等于1，同一时刻P+K的值永远等于1，其中，P<1，K<1。
3.根据权利要求1所述的孤网变频系统中二次侧电流电压频率跟踪方法，其特征在于，步骤4)的具体实现方法如下：根据过零点检测得到一个周期内的采样点个数，通过统计M个周期内的平均样本数，计算基波分量的频率；
MA表示一个存储M个周期内，每个周期内采样点个数，如下式所示：T
MA＝[xA1xA2xA3........xAM] (6)M个周期的平均采样点数为：
其中，fa为假设基波分量的频率，m为基波分量一个周期内的采样点数；
4.根据权利要求3所述的孤网变频系统中二次侧电流电压频率跟踪方法，其特征在于，M的取值为4～10。
孤网变频系统中二次侧电流电压频率跟踪方法
技术领域：
[0001] 本发明属于电气二次系统测量技术领域，具体涉及一种孤网变频系统中二次侧电流电压频率跟踪方法，用于二次系统电流电压频率跟踪。背景技术：
[0002] 孤网运行的电气系统中，系统频率会根据电气设备的工况变频运行，运行的频率范围在30～60Hz之间。电流电压频率依然是一个非常重要的运行参量，其对于系统的稳定、安全、效率都有重要意义，且可靠的频率测量是有功控制、负荷保护、系统恢复的前提条件。同时，变频系统中电流电压采样值以及对应的二次计算值的准确与否，都取决于频率测量。
因此，需要一个快速和准确的频率跟踪系统。
[0003] 目前频率跟踪算法中过零点检测和计算周波数是简单和常见的方法，另外离线傅里叶变换、最小二乘法以及Kalman滤波是很成熟的数字信号处理技术，也可以用于频率测量。在频率跟踪中会遇到如下问题：噪声干扰，在实际过零点附近出现波动，出现多个假过零点，导致频率测量误差；高次谐波的影响，系统信号中往往会含有高次谐波，导致过零点与基波过零点出现偏差，故影响频率测量。发明内容：
[0004] 本发明的目的是为了解决快速准确跟踪电流电压频率，提供了一种孤网变频系统中二次侧电流电压频率跟踪方法。
[0005] 为达到上述目的，本发明通过下述技术方案来实现的：
[0006] 孤网变频系统中二次侧电流电压频率跟踪方法，包括以下步骤：
[0007] 1)采样装置以10kHz～100kHz的采样率，采集孤网变频系统中的电流电压信号；
[0008] 2)基于傅里叶变换，提取二次侧电流电压信号中的基波分量；
[0009] 3)利用过零点检测方法确定二次侧电流电压的基波分量中过零点，并记录每个过零点的之间的采样点数；
[0010] 4)根据过零点之间的采样点数，确定一个周期的平均采样点数，设定假设基波分量的频率，利用频率计算公式得到基波分量的频率，由于基波分量的频率即为待测信号的频率，故得到待测信号的频率。
[0011] 本发明进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法如下：
[0012] 201)设初始信号为x(t)：
[0013]
[0014] 式中：C为基波分量的幅值；ω为基波分量角速度，为初始相位，R(t)为高次谐波和均值为零的白噪声信号组成；
[0015] 202)如果基波分量的角速度ω未知，则假设为ωa，得到傅里叶系数X如下：
[0016]
[0017] 式中： A、B分别为傅里叶变换的正弦分量和余弦分量，ωa为傅里叶系数中的角频率，m是假设频率中一个周期中的采样点数，且Ta＝2π/ωa，xn表示第n个采样点；
[0018] 203)假设采集系统的采样率为fs＝m/Ta＝1/Ts，Ts是采样间隔，则在离散傅里叶序列中，基波分量的频率可以用采样间隔和的基波分量一个周期内的采样点表示，即1/(采样间隔*采样点数)，待测信号的基波分量cosine和sine，即A和B是时间的周期函数，且A(t)和B(t)是待测信号频率f的正交周期函数；
[0019] 其中，Cosine基波分量的表达式为：
[0020]
[0021] 式中：n表示采样点位置，m表示一个周期内的采样点数，xnXn是对应的采样点值，α为ωaTa/m；对于余弦基波分量有：ωaTa＝2π·fa·Ta。
[0022] 本发明进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方法如下：
[0023] 301)在过零点处，如从正半轴到负半轴，上一个周期中最后一个采样点为正值Ap，下一个周期第一个采样点An为负值；
[0024] 在过零点区域，cosine函数用线性函数表示为：
[0025] 且假设K+P＝1 (4)
[0026] 302)上述公式变形为：
[0027] 且
[0028] 303)当基波分量经过过零点时，从正半周到负半周，P表示为下一个周期的第一个采样点；在下一个过零点处，从负半轴到正半轴，K表示为前一个周期的最后一个点，P表示下一个周期的第一个点，所有介于An和Ap之间的采用点等于1，同一时刻P+K的值永远等于1，其中，P<1，K<1。
[0029] 本发明进一步的改进在于，步骤4)的具体实现方法如下：
[0030] 根据过零点检测得到一个周期内的采样点个数，通过统计M个周期内的平均样本数，计算基波分量的频率；
[0031] MA表示一个存储M个周期内，每个周期内采样点个数，如下式所示：
[0032] MA＝[xA1xA2xA3........xAM]T (6)
[0033] M个周期的平均采样点数为：
[0034]
[0035] 基波信号的频率f为：
[0036]
[0037] 其中，fa为假设基波分量的频率，m为基波分量一个周期内的采样点数；
[0038] 待测信号的频率即为基波信号的频率f。
[0039] 本发明进一步的改进在于，M的取值为4～10。
[0040] 本发明对比已有技术具有以下创新点：
[0041] 1、使用傅里叶变换提取基波分量，具有滤波的作用，且不受初始相位影响；
[0042] 2、改进了过零点的选取方法，将过零点处的两个采样点根据过零点处正半轴最后一个采样点和负半轴第一个采样点的乘积关系确定
[0043] 本发明对比已有技术具有以下显著优点：
[0044] 1、具有较高的鲁棒性，跟踪频率范围较宽，在假设频率为50Hz时，信号频率从20Hz～100Hz均能正常跟踪。
[0045] 2、算法实现简单，测量精度达到要求。具有较高的抗噪声干扰能力。附图说明：
[0046] 图1为本发明方法从含有高次谐波的原始信号中提取基波分量的示意图；
[0047] 图2为本发明方法在噪声SNR＝10干扰时的基波分量提取示意图；
[0048] 图3为本发明方法过零点检测的示意图；
[0049] 图4为本发明方法频率跟踪效果示意图。具体实施方式：
[0050] 以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
[0051] 本发明的基本思想是利用融合小波包分解与奇异值分解实现局部放电电磁波能量信号的有效提取，具体流程如下：
[0052] 1、初始化各个变量
[0053] a)采集系统的采样频率为fs，采样间隔Ts＝1/fs
[0054] b)假设基波分量的频率为fa，则周期为Ta＝1/fa，一个周期内的采样点数m为m＝Ta/Ts；
[0055] c)实际频率为f；
[0056] 2、读取原始信号时域波形，并存储为数组x；
[0057] 3、采用如下公式提取信号的基波分量；
[0058]
[0059] 其中：n表示采样点位置，m表示一个周期内的采样点数，xn是对应的采样点值，α为ωaTa/m；对于余弦基波分量则有：ωaTa＝2π·fa·Ta。
[0060] 4、进行过零点位置检测，根据如下公式(4)，计算每个采样点的P和K，[0061] 且假设K+P＝1 (4)
[0062] 则有：
[0063] 且
[0064] 如果P(i)<1并且K(i)<1，则x(i)为过零点处前一个周期的最后一采样点。
[0065] 5、计算M个(4～10)周期的平均周期采样点数
[0066] MA表示一个存储M个周期内，每个周期的采样点个数，如下式所示：
[0067] MA＝[xA1xA2xA3........xAM]T (6)
[0068] M个周期的平均采样点数为：
[0069]
[0070] 6、计算基波分量的频率
[0071] 基波分量的频率为：
[0072]
[0073] 其中fa为假设基波分量的频率，一般为50Hz，m为基波分量一个周期内的采样点数。
[0074] 7、基波信号的频率f即为待测信号的频率。
