一种适用于舰船电力系统的谐波和间谐波分离检测方法和装置

摘要

本发明公开了一种舰船电力系统的谐波和间谐波分离检测方法及装置，属于舰船电气工程技术领域。本发明的装置包括电压传感器、电流传感器、机箱接线端子、信号调理电路、数据采集卡和工业控制计算机。接线端子、数据采集卡和信号调理电路安装于工控机内部，工控机通过标准串行口获得输入数据，再利用虚拟仪器的LabVIEW软件将采集进来的信号按变比还原和记录原始信号；能完成对基波、谐波和间谐波的频率、幅值和相位等参数的全面检测；检测结果直接显示在工控机的液晶屏上。本发明采用频率跟踪算法、基波和谐波提取算法及其间谐波检测算法实现基波、谐波和间谐波分离检测。

主权项

一种舰船电力系统的谐波和间谐波分离检测方法，其特征在于，包括以下检测步骤：第一步：对舰船电网电压或电流信号进行采样；第二步：对第一步中的采样信号进行均值滤波分离直流分量，并得到只含交流分量的信号；第三步：根据已知的交流分量基波频率对第二步中得到的只含交流分量的信号进行窄带带通滤波得到只含基频分量的信号；第四步：对第三步中得到的只含基频分量的信号采用频率跟踪算法计算实时的基波频率；所述频率跟踪算法的原理为：假若一电压信号可表示为：式中：T_s为采样时间间隔，k为采样点的序号,ω₀为额定基波角频率，ω_d为基波角频率偏移量，A为基波幅值，为基波相位,N为采样点数；基于傅里叶变换可将该电压信号变换为两个正交分量，即：$\begin{array}{c}{U}_s\left({\mathrm{kT}}_s\right)=T_s\underset{l=k-N_0+1}{\overset{k}{\Sigma }}u\left({\mathrm{lT}}_s\right)\sin \left({\mathrm{l\omega }}_0{T}_s\right)\\ U_c\left({\mathrm{kT}}_s\right)=T_s\underset{l=k-N_0+1}{\overset{k}{\Sigma }}u\left({\mathrm{lT}}_s\right)\cos \left({\mathrm{l\omega }}_0{T}_s\right)\end{array}---\left(2\right)$式中：N₀＝f_s/f₀为额定基波频率下的每周期采样点数，k为整数，从N₀开始取值；通过三角函数变换可将上式化简为：T₀为基波周期,式(3)和式(4)中的第一项均为与角频率偏移量相关的分量，第二项均为高频分量且幅值衰减了sin(ω_dT₀/2)/(2ω₀+ω_d)倍，若将式(3)和式(4)所示信号通过低通滤波器，将得到只含第一项分量的信号，即：上述分量满足下式的差分关系：$\frac{\partial L_c\left(t\right)}{\partial t}{L}_s\left(t\right)-\frac{\partial L_s\left(t\right)}{\partial t}{L}_c\left(t\right){|}_{t={\mathrm{kT}}_s}={\omega }_d\left(L_s^2\right(t)+L_c^2(t\left)\right){|}_{t={\mathrm{kT}}_s}---\left(6\right)$基于上式可得到ω_d的瞬时表达式：$\begin{array}{c}{\omega }_d\left({\mathrm{kT}}_s\right)=\frac{L_s\left(t\right)·\partial L_c\left(t\right)/\partial t-L_c\left(t\right)·\partial L_s\left(t\right)/\partial t}{L_s^2\left(t\right)+L_c^2\left(t\right)}{|}_{t={\mathrm{kT}}_s}\\ =\frac{L_c\left({\mathrm{kT}}_s\right)·L_s\left(\right(k-1\left)T_s\right))-L_s\left({\mathrm{kT}}_s\right)·L_c\left(\right(k-1\left)T_s\right))}{T_s\left(L_s^2\right(kT)+L_c^2(kT\left)\right)}\end{array}---\left(7\right)$傅里叶变换采用递推的形式来计算，即$\begin{array}{c}{U}_s\left({\mathrm{kT}}_s\right)=U_s\left(\right(k-1\left)T_s\right)+T_{s}u\left({\mathrm{kT}}_s\right)\sin \left({\mathrm{k\omega }}_0{T}_s\right)\\ -T_{s}u\left(\right(k-N_0\left)T_s\right)\sin \left(\right(k-N_0\left){\omega }_0{T}_s\right)\\ U_c\left({\mathrm{kT}}_s\right)=U_c\left(\right(k-1\left)T_s\right)+T_{s}u\left({\mathrm{kT}}_s\right)\cos \left({\mathrm{k\omega }}_0{T}_s\right)\\ -T_{s}u\left(\right(k-N_0\left)T_s\right)\cos \left(\right(k-N_0\left){\omega }_0{T}_s\right)\end{array}---\left(8\right)$k为整数，从N₀开始取值，由式(7)得到实时的基波角频率偏移量ω_d后，即可计算得到实时的基波角频率ω₀+ω_d；第五步：根据第四步中的基波频率由并行的子陷波结构从只含交流分量的信号中提取基波和各次谐波分量，利用最小二乘法计算基波和各次谐波的幅值和相位，即采用基波和谐波提取算法；第六步：将第五步中得到的基波和谐波分量从只含交流分量的信号中去除，得到只含间谐波分量的信号，对该信号进行参数谱估计得到间谐波频率，利用最小二乘法计算各间谐波的幅值和相位，即采用间谐波检测算法。