电压基波幅值的检测方法、装置、设备和存储介质与流程

1.本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种电压基波幅值的检测方法、装置、设备和存储介质。


背景技术：

2.电力系统在负荷波动较大或是电网遭受雷击等情况下，其电网电压将发生凹陷，很容易引起电力系统内控制器的误动作，出现诸如计算机系统失灵、自动化装置停顿或误动作、变频调速器停顿、接触器脱扣或低压保护启动的问题，造成重大经济损失。为了避免上述问题的出现，电力系统的补偿装置需要实时监测电压基波幅值，以进行电压补偿。
3.目前，现有的电压基波幅值的检测方法速度通常较慢，至少需要5毫秒，亟需一种快速准确地检测电压基波幅值的方法。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种电压基波幅值的检测方法、装置、设备和存储介质，以解决无法快速准确地检测电压基波幅值的问题。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种电压基波幅值的检测方法，包括：
6.对待测电网电压进行正弦波级数和变换，得到正弦波级数展开的待测电网电压的第一基波成分；
7.对第一基波成分进行多次离散化采样，得到离散化采样后的第一基波成分；
8.根据缓存电压采样点数对应的预设矩阵，计算离散化采样后的第一基波成分的第一基波幅值；
9.获取第一基波幅值相对于前一预设周期的电网电压的幅值增量；其中，预设周期与待测电网电压的谐波频谱相对应；
10.对幅值增量和预先获取的待测电网电压对应的电压均方根值进行求和，将得到的和值确定为待测电网电压的电压基波幅值。
11.在一种可能的实现方式中，在基波和三次谐波的情况下，正弦波级数展开的待测电网电压为：
[0012][0013]
其中，u
a
(t)为正弦波级数展开的待测电网电压，(t)为正弦波级数展开的待测电网电压，为第一基波成分。
[0014]
在一种可能的实现方式中，获取第一基波幅值相对于前一预设周期的电网电压的幅值增量，包括：
[0015]
对前一预设周期的电网电压进行正弦波级数和变换，得到正弦波级数展开的前一
预设周期的电网电压的第二基波成分；
[0016]
对第二基波成分进行多次离散化采样，得到离散化采样后的第二基波成分；
[0017]
根据缓存电压采样点数对应的预设矩阵，计算离散化采样后的第二基波成分的第二基波幅值；
[0018]
将第一基波幅值与第二基波幅值的差值，确定为幅值增量。
[0019]
在一种可能的实现方式中，预设周期为待测电网电压的周期、待测电网电压的周期的二分之一或者待测电网电压的周期的四分之一。
[0020]
第二方面，本发明实施例提供了一种电压基波幅值的检测装置，包括：
[0021]
变化模块，用于对待测电网电压进行正弦波级数和变换，得到正弦波级数展开的待测电网电压的第一基波成分；
[0022]
采样模块，用于对第一基波成分进行多次离散化采样，得到离散化采样后的第一基波成分；
[0023]
计算模块，用于根据缓存电压采样点数对应的预设矩阵，计算离散化采样后的第一基波成分的第一基波幅值；
[0024]
获取模块，用于获取第一基波幅值相对于前一预设周期的电网电压的幅值增量；其中，预设周期与待测电网电压的谐波频谱相对应；
[0025]
确定模块，用于对幅值增量和预先获取的待测电网电压对应的电压均方根值进行求和，将得到的和值确定为待测电网电压的电压基波幅值。
[0026]
在一种可能的实现方式中，在基波和三次谐波的情况下，正弦波级数展开的待测电网电压为：
[0027][0028]
其中，u
a
(t)为正弦波级数展开的待测电网电压，(t)为正弦波级数展开的待测电网电压，为第一基波成分。
[0029]
在一种可能的实现方式中，获取模块还用于：
[0030]
对前一预设周期的电网电压进行正弦波级数和变换，得到正弦波级数展开的前一预设周期的电网电压的第二基波成分；
[0031]
对第二基波成分进行多次离散化采样，得到离散化采样后的第二基波成分；
[0032]
根据缓存电压采样点数对应的预设矩阵，计算离散化采样后的第二基波成分的第二基波幅值；
[0033]
将第一基波幅值与第二基波幅值的差值，确定为幅值增量。
[0034]
在一种可能的实现方式中，预设周期为待测电网电压的周期、待测电网电压的周期的二分之一或者待测电网电压的周期的四分之一。
[0035]
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述方法的步骤。
[0036]
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储
介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述方法的步骤。
[0037]
本发明实施例提供一种电压基波幅值的检测方法、装置、设备和存储介质，首先对待测电网电压进行正弦波级数和变换，得到正弦波级数展开的待测电网电压的第一基波成分；之后，对第一基波成分进行多次离散化采样，得到离散化采样后的第一基波成分；然后，根据缓存电压采样点数对应的预设矩阵，计算离散化采样后的第一基波成分的第一基波幅值；接着，获取第一基波幅值相对于前一预设周期的电网电压的幅值增量；其中，预设周期与待测电网电压的谐波频谱相对应；最后，对幅值增量和预先获取的待测电网电压对应的电压均方根值进行求和，将得到的和值确定为待测电网电压的电压基波幅值。
[0038]
由于上述幅值增量的计算耗时较短，电压均方根值作为电压幅值的计算基准，准确性高，因此，可以快速准确地检测电压基波幅值。
附图说明
[0039]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0040]
图1是本发明实施例提供的一种电压基波幅值的检测方法的步骤流程图；
[0041]
图2是本发明实施例提供的一种逻辑框图；
[0042]
图3是本发明实施例提供的一种电压基波幅值的检测装置的结构示意图；
[0043]
图4是本发明实施例提供的一种电子设备的示意图。
具体实施方式
[0044]
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
[0045]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
[0046]
为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种电压基波幅值的检测方法、装置、设备和存储介质。下面首先对本发明实施例所提供的电压基波幅值的检测方法进行介绍。
[0047]
如背景技术所介绍的，现有的电压基波幅值的检测方法速度通常较慢，至少需要5毫秒。例如，求导法需要很高的采样频率，也只能保证5毫秒，且采样频率过低时会引起波形的失真，降低检测准确率。dq旋转方法提取出基波的正负序分量，但是需要增加滤波器消除2倍频分量，需要10ms的延时。1/4周期延时法计算在过零点附近会存在一定的检测盲区造成检测时间的延时，且受谐波影响较大，至少需要5ms。故而，亟需一种能够快速准确地检测电压基波幅值的方法。
[0048]
电压基波幅值的检测方法的执行主体，可以是电压基波幅值的检测装置，该电压
基波幅值的检测装置可以是具有处理器和存储器的电子设备，例如笔记本电脑、服务器或者个人计算机等，本发明实施例不作具体限定。
[0049]
如图1所示，本发明实施例提供的电压基波幅值的检测方法可以包括以下步骤：
[0050]
步骤s110、对待测电网电压进行正弦波级数和变换，得到正弦波级数展开的待测电网电压的第一基波成分。
[0051]
在一些实施例中，待测电网电压可以是待检测的电力系统的电网电压。容易理解的是，电网电压中包括基波成分和谐波成分，可以将待测电网电压的基波成分称为第一基波成分。
[0052]
步骤s120、对第一基波成分进行多次离散化采样，得到离散化采样后的第一基波成分。
[0053]
步骤s130、根据缓存电压采样点数对应的预设矩阵，计算离散化采样后的第一基波成分的第一基波幅值。
[0054]
步骤s140、获取第一基波幅值相对于前一预设周期的电网电压的幅值增量。
[0055]
在一些实施例中，预设周期与待测电网电压的谐波频谱相对应，例如，预设周期为待测电网电压的周期、待测电网电压的周期的二分之一或者待测电网电压的周期的四分之一。
[0056]
可以参照步骤s110
‑
s130的处理，计算前一预设周期的电网电压的基波幅值，可称为第二基波幅值。
[0057]
具体的，首先对前一预设周期的电网电压进行正弦波级数和变换，得到正弦波级数展开的前一预设周期的电网电压的第二基波成分。之后，对第二基波成分进行多次离散化采样，得到离散化采样后的第二基波成分。最后，根据缓存电压采样点数对应的预设矩阵，计算离散化采样后的第二基波成分的第二基波幅值。该计算环节可称为延时环节。
[0058]
在得到前一预设周期的电网电压的第二基波幅值后，可以将第一基波幅值与第二基波幅值的差值，确定为幅值增量。
[0059]
步骤s150、对幅值增量和预先获取的待测电网电压对应的电压均方根值进行求和，将得到的和值确定为待测电网电压的电压基波幅值。
[0060]
为了理解上述各处理步骤，下面给出一种具体的实现方法。
[0061]
首先，对待测电网电压进行正弦波级数和变换，得到：
[0062][0063]
其中，a表示电网电压的三相电压中的某一相电压，n表示基波角频率的整数倍数，即谐波次数，w表示电网电压的基波角频率，表示n次谐波的初始相位角，u
n
表示n次谐波的电压峰值。
[0064]
之后，将级数展开，并展开的三角函数按照两角和公式进行变化，在考虑基波和三次谐波的情况下，可以得到：
[0065]
[0066]
其中，u
a
(t)为正弦波级数展开的待测电网电压，(t)为正弦波级数展开的待测电网电压，为第一基波成分。
[0067]
之后，对上述表达式进行离散化采样，可得：
[0068][0069][0070][0071]
经过连续多次离散化采样之后，只考虑基波成分，可得第一基波成分为：
[0072][0073]
考虑到系数矩阵a不便于计算，比较耗cpu，导致计算时间较长，如此，对上述表达式做进一步分解，可得：
[0074][0075]
令t0为0，可以使得a为常系数矩阵，如此，求得x
a
，即可获取第一基波成分，经过变化可得：
[0076]
x
a
＝(a
t
*a)
‑1*a
t
*u
a
[0077]
需要说明的是，δt在控制器中进行实现时，具体表现为离散化采样的时间间隔t，如此，在令t0为0后，系数矩阵a可采用标准的正弦表和余弦表。由此，(a
t
*a)
‑1*a
t
中的矩阵a，即预设矩阵，可以根据缓存电压采样点数进行选取，之后，计算常系数矩阵，并令该常系数矩阵中的第1列子矩阵为矩阵b，第2列子矩阵为矩阵c，如此，可以得到：
[0078]
第一基波成分中的正弦部分为：
[0079][0080]
第一基波成分中的余弦部分为：
[0081]
[0082]
相应的，第一基波成分的第一基波幅值为：
[0083][0084]
根据上述公式，可以得到前一预设周期的电网电压的第二基波成分，从而可以得到上述幅值增量δu
m
。上述幅值的计算可以利用最小方差(least error squares，les)滤波器，由于les滤波器计算幅值的时间可以根据采样周期t与缓存点数n得到，因此，计算幅值所消耗的时间可以准确确定得到。
[0085]
需要说明的是，les滤波器在谐波含量大的环境下，计算的幅值有很大的波动，但是计算所得的增量却很平滑，本质上是因为谐波的周期性。依据上述特性，可以利用les计算的幅值增量与均方根值做加法，可以得到实际电网电压的幅值，同时兼具快速性与准确性，相应的处理逻辑的逻辑框图可以如图2所示。
[0086]
以采样频率f和缓存点数n为例，计算幅值增量所消耗的时间为n/f，假设采样率为12.8k，缓存点数为32点，则计算幅值增量所消耗的时间t＝32/12.8＝2.5毫秒，考虑到当n的范围为4
‑
64点能保证基本的稳定性，故计算幅值增量所消耗的时间范围为312.5微秒
‑
5毫秒。由于幅值增量与均方根值做加法的时间可以省略，因此，计算幅值所消耗的时间范围即为计算幅值增量所消耗的时间范围。如此，相比于现有的5毫秒，极大地缩短了电压基波幅值的检测时间，极大地提高了检测速度。
[0087]
综上，可以使用les滤波器直接对每相电压进行虚拟构造计算幅值和相位，并计算当前时刻与前一时刻幅值增量，如此，可以通过增量的计算，保证计算的快速性。考虑电压相位突变或谐波影响，可以使用均方根值作为电压幅值的计算基准，能够保证计算的准确性。
[0088]
本发明实施例首先对待测电网电压进行正弦波级数和变换，得到正弦波级数展开的待测电网电压的第一基波成分；之后，对第一基波成分进行多次离散化采样，得到离散化采样后的第一基波成分；然后，根据缓存电压采样点数对应的预设矩阵，计算离散化采样后的第一基波成分的第一基波幅值；接着，获取第一基波幅值相对于前一预设周期的电网电压的幅值增量；其中，预设周期与待测电网电压的谐波频谱相对应；最后，对幅值增量和预先获取的待测电网电压对应的电压均方根值进行求和，将得到的和值确定为待测电网电压的电压基波幅值。由于上述幅值增量的计算耗时较短，电压均方根值作为电压幅值的计算基准，准确性高，因此，可以快速准确地检测电压基波幅值。
[0089]
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
[0090]
以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。
[0091]
图3示出了本发明实施例提供电压基波幅值的检测装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
[0092]
如图3所示，提供了一种电压基波幅值的检测装置300，该装置包括：
[0093]
变化模块310，用于对待测电网电压进行正弦波级数和变换，得到正弦波级数展开的待测电网电压的第一基波成分；
[0094]
采样模块320，用于对第一基波成分进行多次离散化采样，得到离散化采样后的第一基波成分；
[0095]
计算模块330，用于根据缓存电压采样点数对应的预设矩阵，计算离散化采样后的第一基波成分的第一基波幅值；
[0096]
获取模块340，用于获取第一基波幅值相对于前一预设周期的电网电压的幅值增量；其中，预设周期与待测电网电压的谐波频谱相对应；
[0097]
确定模块350，用于对幅值增量和预先获取的待测电网电压对应的电压均方根值进行求和，将得到的和值确定为待测电网电压的电压基波幅值。
[0098]
在一种可能的实现方式中，在基波和三次谐波的情况下，正弦波级数展开的待测电网电压为：
[0099][0100]
其中，u
a
(t)为正弦波级数展开的待测电网电压，(t)为正弦波级数展开的待测电网电压，为第一基波成分。
[0101]
在一种可能的实现方式中，获取模块还用于：
[0102]
对前一预设周期的电网电压进行正弦波级数和变换，得到正弦波级数展开的前一预设周期的电网电压的第二基波成分；
[0103]
对第二基波成分进行多次离散化采样，得到离散化采样后的第二基波成分；
[0104]
根据缓存电压采样点数对应的预设矩阵，计算离散化采样后的第二基波成分的第二基波幅值；
[0105]
将第一基波幅值与第二基波幅值的差值，确定为幅值增量。
[0106]
在一种可能的实现方式中，预设周期为待测电网电压的周期、待测电网电压的周期的二分之一或者待测电网电压的周期的四分之一。
[0107]
本发明实施例首先对待测电网电压进行正弦波级数和变换，得到正弦波级数展开的待测电网电压的第一基波成分；之后，对第一基波成分进行多次离散化采样，得到离散化采样后的第一基波成分；然后，根据缓存电压采样点数对应的预设矩阵，计算离散化采样后的第一基波成分的第一基波幅值；接着，获取第一基波幅值相对于前一预设周期的电网电压的幅值增量；其中，预设周期与待测电网电压的谐波频谱相对应；最后，对幅值增量和预先获取的待测电网电压对应的电压均方根值进行求和，将得到的和值确定为待测电网电压的电压基波幅值。由于上述幅值增量的计算耗时较短，电压均方根值作为电压幅值的计算基准，准确性高，因此，可以快速准确地检测电压基波幅值。
[0108]
图4是本发明实施例提供的电子设备的示意图。如图4所示，该实施例的电子设备4包括：处理器40、存储器41以及存储在所述存储器41中并可在所述处理器40上运行的计算机程序42。所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各个电压基波幅值的检测方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤110至步骤150。或者，所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图3所示模块310至350的功能。
[0109]
示例性的，所述计算机程序42可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器41中，并由所述处理器40执行，以完成分发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序42在所述电子设备4中的执行过程。例如，所述计算机程序42可以被分割成图3所示的模块310至350。
[0110]
所述电子设备4可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述电子设备可包括，但不仅限于，处理器40、存储器41。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是电子设备4的示例，并不构成对电子设备4的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述电子设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
[0111]
所称处理器40可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field
‑
programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0112]
所述存储器41可以是所述电子设备4的内部存储单元，例如电子设备4的硬盘或内存。所述存储器41也可以是所述电子设备4的外部存储设备，例如所述电子设备4上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，所述存储器41还可以既包括所述电子设备4的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器41用于存储所述计算机程序以及所述电子设备所需的其他程序和数据。所述存储器41还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0113]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0114]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0115]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0116]
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所
述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0117]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0118]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0119]
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个电压基波幅值的检测方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
[0120]
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。