電氣信號數字化檢測技術及應用研究.pdf

1、現代化電力生產要求實現電力系統(tǒng)和電氣設備的數字化監(jiān)測、控制與保護，而這些都基于對電氣信號的及時、準確和可靠檢測。本文綜合運用數字信號處理技術、微機技術和電力系統(tǒng)自動化技術，探討真實反映電氣信號物理本質、精度高、速度快、實現代價小、工程實用的電氣信號檢測理論和實現方法，重點研究電氣信號采樣方法及電氣參數估計有效算法。全文主要工作和貢獻包括以下8個方面：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、產生原因，并提出了相應的抑制誤差的措施。特別針對應用最廣泛的軟件同步采樣，提出了三個提高采樣同步度和均勻度的改進方法。方法一動態(tài)調節(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的采樣時間誤差均不大于定時器最小分辨時間的一半，顯著提高采樣同步精度；方法二對采樣值進行校正，使存在同步誤差和均勻誤差的實際采樣值序列轉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間間隔不均勻引起的信號周期測量誤差，并通過修正采樣周期減小采樣同步

3、誤差。方法實現簡單，應用范圍廣，增加工作量小，能顯著提高測量精度，對電氣檢測交流采樣系統(tǒng)的軟、硬件設計具有指導作用。 2)提出了一種抑制故障電氣信號中非周期分量的采樣值修正算法。與其它方法相比，它不針對任何特定算法而設計，對所有算法均適用。在微機保護中，采用該方法對采樣值進行修正，可顯著減小非周期分量對計算的影響。 3)根據電氣信號的頻譜特點，在頻譜校正理論的基礎上，提出了適合電氣參數微機測量的DFT校正算法，論述了其“

4、短時間窗”和“長時間窗”算法的實現。通過選用不同的采樣時間窗長度、采樣點數及與之相適應的窗函數，新算法可以滿足高精度計量及快速電氣測量等多種應用場合對測量精度、實時性等性能的不同要求。算法實現簡單，速度快、精度高、通用性強。 4)應用“短時間窗”DFT校正算法，并根據同期并列特點和要求，提出了微機自動準同期并列算法。該算法對同一電壓信號的兩個采樣序列進行DFT，并根據兩次DFT結果及差值確定電壓參數。它不需要同步采樣，在采樣頻率

5、固定不變的情況下，可以對頻率在較大范圍內變化的信號進行頻率、幅值和相位的較精確測量，從而解決了傳統(tǒng)算法由于并列兩側電壓信號頻率不相等，不能同時同步采樣，難以同時精確測量的難題。 5)提出了一種新型窗函數——矩形自卷積窗。m階卷積窗由m個矩形窗通過卷積運算，并適當添零生成；其幅頻特性在零點處的1至m-1階導數均為0，在零點附近的值很小，這一特性使其特別適合于電氣信號的檢測。 6)提出了基于卷積窗的諧波檢測算法。算法對采樣序

6、列加卷積窗，有效抑制了基波及整數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算精度；此外，采用基于相位比較的校正算法，并通過對校正算法實現方法的改進，顯著減小計算量。 7)提出了一種電壓、電流有效值及有功功率的測量算法，該算法將有效值或有功功率的估計，轉化為對某一構造信號的零頻率分量的估計，并設計一脈沖響應為卷積窗的多阻帶濾波器，用該濾波器濾除構造信號中的基波及各次諧波分量，實現在采樣存在同步誤差