[发明专利]一种波形频率的快速稳定判断模块和判断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算方法，尤其涉及一种波形频率的快速稳定计算方法。

背景技术

频率启动定值是变电站中录波器标准定值的一部分。当电网发生故障时，伴随着故障线路电压、电流的突变，线路的通道频率也有很大的变化。目前，频率启动定值主要包括频率上限启动(一般设置为50.5Hz)和频率下限启动(一般设置为49.5Hz)。

目前录波器的频率启动判据主要由以下两种方式：

1)通过统计采样值过零点方式计算频率。

统计一段时间内通道的瞬时值的过零点次数，根据过零点次数获取。

如图1所示：T1时刻和T2时刻分别为波形过零点时刻，T1至T2时刻间的过零点次数为N，则波形的频率为

f＝((N-1)/2.0)*(1000000/(T2-T1))

上述计算公式中T2-T1的单位为us。

一般情况下，统计单位时间内(1S)时间内的过零点次数和所耗用时间计算频率。

2)通过DFT(离散傅立叶变换)获取有效值相角，通过相角差算出波形周期，进而得到波形的频率。

波形在周期性变化的节点前后，其有效值的角度从负值向正角度变换，

如图2所示，T1时刻有效值的角度由负零度→正零度，T2时刻角度由180度→负180度，T3时刻角度由负零度→正零度。所以一个波形周期为两次负零度向正零度的时刻差的倒数。

f＝1000000/(T3-T1)

上述公式中T3-T1的单位为us。

目前的录波器频率启动需要考虑如下的问题：

1)录波器的判据启动的资源消耗问题。

2)在采样偶尔丢点或电磁干扰时，录波装置不应启动。

通过DFT(离散傅立叶变换)获取有效值角度，计算频率的方式可以有效地解决采样偶尔丢点或电磁干扰时出现的波形畸变导致频率误判的情况。

例如通过计算正序电压的有效值角度，可以有效地防止单相通道的某些畸变导致启动录波的情况。但是DFT(离散傅立叶变换)需要消耗大量的CPU资源，例如在采样频率12800的情况下，使用抽点计算的方式计算32点的DFT有效值，一个有效值计算需要对32次正弦函数，32次余弦函数，64次浮点数乘法计算。尤其对于很多录波通道的情况下，DFT计算对CPU的资源长时间占用可能会影响其他处理流程正常工作。

通过统计采样值过零点方式计算频率对于CPU资源消耗明显小于DFT方法。在录波器装置在变电站的实际运行过程中，存在由于采样合并单元偶尔丢点的情况或变电站的电磁环境干扰，导致采样点丢失或波形畸变的情况，其中电磁干扰也是录波装置入网检测必须要模拟的情况。在这种情况下，不应该启动录波。根据图1的计算公式，以1秒内的频率计算为例，正常情况下T2-T1＝1000000us，N＝101，此时频率为正常频率50Hz。在波形出现丢点或畸变的情况下，过零点次数会增加，在增加1个点的情况下，频率就变为50.5Hz，并且该干扰点最大影响2秒内的频率计算。在电磁干扰的情况下，非正常过零点的点数最大可能为4个点左右，这样对频率计算的干扰会更大。

综上所示，现有的两种方式不满足目前变电站的稳定运行需要和电磁检测的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种波形频率的快速稳定计算方法，通过研究平衡CPU资源的占用和对非正常过零点的分析，解决现有技术存在的缺憾。

本发明采用如下技术方案实现：

一种波形频率的快速稳定判断系统，其特征在于，系统中包括：分段频率计算判断模块、频率管理队列模块、稳定频率计算模块，其中：

分段频率计算判断模块，用于获取一段频率的段首和/或段尾的零点时刻，判断该时长是否合法，对于合法的分段频率推入频率管理队列模块，否定丢弃该段时长；

频率管理队列模块，用于存储合法的分段频率；

稳定频率计算模块，将频率管理队列模块中的频率按照大小进行快速排序，获取一个按照频率大小排序的队列，该队列的中间元素频率为该段波形的稳定频率。

一种波形频率的快速稳定判断方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)通过统计采样值，基于首尾时刻差定义合法性分片段频率；

2)根据需要过滤的扰动点来确定频率管理队列，所述频率管理队列用于存储合法的分段频率；

3)稳定频率计算：在频率管理队列中，按照频率的大小进行快速排序，获取一个按照频率大小排序的队列，该队列的中间元素频率为该段波形的稳定频率。