电气信号频率的数字化实时检测方法

摘要

针对电网和电气设备各种运行工况对频率测量性能的要求，本发明提供一种电气信号频率的数字化实时检测方法，该方法基于短时傅立叶变换，其主要步骤为：1)对电气信号进行等间隔采样，并取采样序列中的2小段加矩形自卷积窗，然后进行离散傅里叶变换，求得每段信号的初相角；2)根据2小段信号的相角差，估计信号的频率；3)保持采样频率不变，根据信号估计频率，自适应地确定分析信号段的长度；4)按相同步骤再次自适应检测电气信号实时频率。该方法实现简单、计算量小，测频范围大，在信号频率缓慢变化和快速变化时，均有较好的测量精度和跟踪速度，极具工程实用价值。

主权项

1.一种电气信号频率的数字化实时检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：给定信号频率为50Hz时电压信号每周波的采样点数M值和p值，p取2或3，窗函数长度N＝pM，以固定采样周期T_S＝0.02/N秒对电网或电气设备的电压进行不间断采样，得到电压采样值序列{u(n)}；步骤2)：从u(n)序列中第k点开始取N点得u₁(n)，从第k+1点起取N点得u₂(n)；步骤3)：对u₁(n)和u₂(n)分别加p阶矩形自卷积窗w(n)以求取初相位角：计算u₁(n)的加窗离散傅立叶变换：所得u₁(n)变换后实部为所得u₁(n)变换后虚部为：得u₁(n)初相位角计算u₂(n)的加窗离散傅立叶变换：所得u₂(n)变换后实部为所得u₂(n)变换后虚部为得u₂(n)初相位角其中2阶矩形自卷积窗w(n)的表达式为：得u₂(n)初相位角其中2阶矩形自卷积窗w(n)的表达式为：$w\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{2n}{N}& (0\le 0\le \frac{N}{2})\\ 2-\frac{2n}{N}& (\frac{N}{2}<n\le N-1)\end{array}\right.;$3阶矩形自卷积窗的时域表达式为：$w\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{2}{n}^2+\frac{1}{2}n& (0\le n\le \frac{N}{3}-1)\\ -n^2+(N-1)n-(\frac{N^2}{6}-\frac{N}{2})& (\frac{N}{3}\le n\le \frac{2N}{3}-1)\\ \frac{1}{2}{n}^2+(\frac{1}{2}-N)n+\frac{1}{2}(N^2-N)& (\frac{2N}{3}\le n\le N-1)\end{array}\right.;$步骤4)：计算信号的频率再更新k，即令k＝k+1，返回步骤2)不断实时求取信号的频率。