具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，其是本发明一实施例提供的一种背景谐波电压频谱校正方法的流程示意图。

本发明实施例提供的一种背景谐波电压频谱校正方法，包括：

步骤S1，获取量测点的电压量测信息和量测点的电流量测信息；

步骤S2，分别对所述电压量测信息和所述电流量测信息进行快速傅里叶变换计算，得到电压傅里叶级数和电流傅里叶级数，所述电压傅里叶级数包括基波电压幅值和各个谐波电压幅值，所述电流傅里叶级数包括基波电流幅值和各个谐波电流幅值；

步骤S3，根据所述电压傅里叶级数和所述电流傅里叶级数，得到基波阻抗和各个谐波阻抗；

步骤S4，计算第q个谐波阻抗和所述基波阻抗的比值，其中，q∈[1,m]，q的初始值等于1，m为谐波的个数；

步骤S5，根据所述第q个谐波阻抗和所述基波阻抗的比值，初步判断背景谐波电压频谱是否含有该谐波电压，若是，则执行步骤S6；否则，执行步骤S8；

步骤S6，计算该谐波电压幅值与所述基波电压幅值的比值；

步骤S7，根据所述该谐波电压幅值与所述基波电压幅值的比值，最终判断所述背景谐波电压频谱是否含有该谐波电压；

步骤S8,判断是否完成所有谐波的电压频谱校正检测，若是，则选取出所有包含于所述背景谐波电压频谱中的谐波电压以得到校正后的背景谐波电压频谱，结束所有步骤；否则，执行步骤S9；

步骤S9,令q＝q+1,执行下一个谐波的电压频谱校正检测,重复步骤S4到步骤S8，直到完成所有谐波的电压频谱校正检测。

作为一种可选的实施方式，所述步骤S1“获取量测点的电压量测信息和量测点的电流量测信息”中，所获得的量测点电压量测信息可以通过电压传感器获得的，所获得的量测点电流量测信息可以通过电流传感器获取。

作为一种可选的实施方式，所述步骤S2“分别对所述电压量测信息和所述电流量测信息进行快速傅里叶变换计算，得到电压傅里叶级数和电流傅里叶级数，所述电压傅里叶级数包括基波电压幅值和各个谐波电压幅值，所述电流傅里叶级数包括基波电流幅值和各个谐波电流幅值”中，根据快速傅里叶变换获得基波电压幅值(或基波电流幅值)及各谐波电压幅值(或基波电流幅值)的原理和方法为：

设x(n)为M点有限长量测序列，即在0≤n≤M-1内有量测值，则可定义x(n)的N点(N≥M，当N>M时，补N-M个零点值)离散傅里叶变换为：

其矩阵表达式为：

X_N＝W_Nx_N

快速傅里叶变换是离散傅里叶的一种快速算法而不是一种新的变换，它可以在数量级的意义上提高运算速度，实现谐波的实时分析计算。对电压信号量测值和电流信号量测值进行快速傅里叶级数分解，计算得到电压傅里叶级数(其包括电压幅值和频率信息)和电流傅里叶级数(其包括电流幅值和频率信息)

其中u₀、i₀分别为电压直流分量、电流直流分量，n为谐波次数；u_n、i_n分别为第n个谐波电压、第n个谐波电流幅值；w₀为基波频率；分别为第n个谐波电压初相位、第n个谐波电流初相位。

作为一种可选的实施方式，所述步骤S3“根据所述电压傅里叶级数和所述电流傅里叶级数，得到基波阻抗和各个谐波阻抗”，具体为：

根据所述电压傅里叶级数和所述电流傅里叶级数，通过以下公式计算所述基波阻抗：

其中，Z₁为基波阻抗，u₁、i₁分别为基波电压幅值、基波电流幅值；

根据所述电压傅里叶级数和所述电流傅里叶级数，通过以下公式计算各个谐波阻抗：

其中，Z_q为第q个谐波阻抗，u_q、i_q分别为第q个谐波电压幅值、第q个谐波电流幅值。

可以理解的是，所述电压测量信息经过傅里叶变换后可获得m个谐波，分别表示为第1个谐波，第2个谐波，...,第m个谐波，需要说明的是，所述m个谐波并非一定是连续的谐波，假设生成了4个谐波，分别为3次谐波、5次谐波、7次谐波以及9次谐波，则第1个谐波对应的是3次谐波。

作为一种可选的实施方式，所述步骤S4“计算第q个谐波阻抗和所述基波阻抗的比值”，具体为：

其中，为第q个谐波阻抗与基波阻抗的比值。

作为一种可选的实施方式，所述步骤S5“根据所述第q个谐波阻抗和所述基波阻抗的比值，初步判断背景谐波电压频谱是否含有该谐波电压”，具体为：

当所述第q个谐波阻抗和所述基波阻抗的比值大于第一预设阻抗比值时，则所述背景谐波电压频谱不含有该谐波电压，否则，初步判定所述背景谐波电压频谱含有该谐波电压；或者，

当所述第q个谐波阻抗和所述基波阻抗的比值小于第二预设阻抗比值时，则所述背景谐波电压频谱不含有该谐波电压，否则，初步判定所述背景谐波电压频谱含有该谐波电压。

在本实施例中，若满足下述条件：

则确定背景谐波电压频谱不包含第q个谐波电压，执行步骤S8；否则，初步判定所述背景谐波电压频谱包含第q个谐波电压，执行步骤S6。

其中，α1为一较大正数，一般取为5；α2为一较小正数，一般取为0.2。

作为一种可选的实施方式，所述步骤S6“计算该谐波电压幅值与所述基波电压幅值的比值”具体通过以下公式获得：

其中，为第q个谐波电压幅值与基波电压幅值的比值。

作为一种可选的实施方式，所述步骤S7“根据所述该谐波电压幅值与所述基波电压幅值的比值，最终判断所述背景谐波电压频谱是否含有该谐波电压”，具体为:

当所述该谐波电压幅值与所述基波电压幅值的比值小于预设电压幅值比值时，则所述背景谐波电压频谱不含有该谐波电压，否则，所述背景谐波电压频谱含有该谐波电压。

在本实施例中，若满足下述条件：

则可判断背景谐波电压频谱不包含第q个谐波电压；否则，则可判断背景谐波电压频谱包含第q个谐波电压。

其中，β1为一较小正数，可根据实际电网及对谐波电压的不同限制来选择，一般取值范围为0.1％～0.2％。

参见图2，其是本发明另一实施例提供的一种背景谐波电流频谱校正方法的流程示意图。

本发明实施例提供的一种背景谐波电流频谱校正方法，包括以下步骤：

步骤S1，获取量测点的电压量测信息和量测点的电流量测信息；

步骤S2，分别对所述电压量测信息和所述电流量测信息进行快速傅里叶变换计算，得到电压傅里叶级数和电流傅里叶级数，所述电压傅里叶级数包括基波电压幅值和各个谐波电压幅值，所述电流傅里叶级数包括基波电流幅值和各个谐波电流幅值；

步骤S3，根据所述电压傅里叶级数和所述电流傅里叶级数，得到基波阻抗和各个谐波阻抗；

步骤S4，计算第q个谐波阻抗和所述基波阻抗的比值，其中，q∈[1,m]，q的初始值等于1，m为谐波的个数；

步骤S5，根据所述第q个谐波阻抗和所述基波阻抗的比值，初步判断背景谐波电流频谱是否含有该谐波电流，若是，则执行步骤S6；否则，执行步骤S8；

步骤S6，计算该谐波电流幅值与所述基波电流幅值的比值；

步骤S7，根据所述该谐波电流幅值与所述基波电流幅值的比值，最终判断所述背景谐波电流频谱是否含有该谐波电流；

步骤S8,判断是否完成所有谐波的电流频谱校正检测，若是，则选取出所有包含于所述背景谐波电流频谱中的谐波电流以得到校正后的背景谐波电流频谱，结束所有步骤；否则，执行步骤S9；

步骤S9,执行下一个谐波的电流频谱校正检测,重复步骤S4到步骤S9，直到完成所有谐波的电流频谱校正检测。

作为一种可选的实施方式，所述步骤S1“获取量测点的电压量测信息和量测点的电流量测信息”中，所获得的量测点电压量测信息是通过电压传感器获得的，所获得的量测点电流量测信息是通过电流传感器获取。

作为一种可选的实施方式，所述步骤S2“分别对所述电压量测信息和所述电流量测信息进行快速傅里叶变换计算，得到电压傅里叶级数和电流傅里叶级数，所述电压傅里叶级数包括基波电压幅值和各个谐波电压幅值，所述电流傅里叶级数包括基波电流幅值和各个谐波电流幅值”中，根据快速傅里叶变换获得基波电压幅值(或基波电流幅值)及各谐波电压幅值(或基波电流幅值)的原理和方法为：

设x(n)为M点有限长量测序列，即在0≤n≤M-1内有量测值，则可定义x(n)的N点(N≥M，当N>M时，补N-M个零点值)离散傅里叶变换为：

其矩阵表达式为：

X_N＝W_Nx_N

快速傅里叶变换是离散傅里叶的一种快速算法而不是一种新的变换，它可以在数量级的意义上提高运算速度，实现谐波的实时分析计算。对电压信号量测值和电流信号量测值进行快速傅里叶级数分解，计算得到电压傅里叶级数(其包括电压幅值、频率信息)和电流傅里叶级数(其包括电流幅值、频率信息)

其中u₀、i₀分别为电压直流分量、电流直流分量，n为谐波次数；u_n、i_n分别为第n个谐波电压、第n个谐波电流幅值；w₀为基波频率；分别为第n个谐波电压初相位、第n个谐波电流初相位。

作为一种可选的实施方式，所述步骤S3“根据所述电压傅里叶级数和所述电流傅里叶级数，得到基波阻抗和各个谐波阻抗”，具体为：

根据所述电压傅里叶级数和所述电流傅里叶级数，通过以下公式计算所述基波阻抗：

其中，Z₁为基波阻抗，u₁、i₁分别为基波电压幅值、基波电流幅值；

根据所述电压傅里叶级数和所述电流傅里叶级数，通过以下公式计算各个谐波阻抗：

其中，Z_q为第q个谐波阻抗，u_q、i_q分别为第q个谐波电压幅值、第q个谐波电流幅值。

作为一种可选的实施方式，所述步骤S4“计算第q个谐波阻抗和所述基波阻抗的比值”，具体为：

其中，为第q个谐波阻抗与基波阻抗的比值。

作为一种可选的实施方式，所述步骤S5“根据所述第q个谐波阻抗和所述基波阻抗的比值，初步判断背景谐波电流频谱是否含有该谐波电流”，具体为：

当所述第q个谐波阻抗和所述基波阻抗的比值大于第一预设阻抗比值时，则所述背景谐波电流频谱不含有该谐波电流，否则，初步判定所述背景谐波电流频谱含有该谐波电流；或者，

当所述第q个谐波阻抗和所述基波阻抗的比值小于第二预设阻抗比值时，则所述背景谐波电流频谱不含有该谐波电流，否则，初步判定所述背景谐波电流频谱含有该谐波电流。

在本实施例中，若满足下述条件：

则可判断背景谐波电压频谱不包含第q个谐波电压，执行步骤S8；否则，初步判定所述背景谐波电压频谱包含第q个谐波电压，执行步骤S6。

其中，α1为一较大正数，一般取为5；α2为一较小正数，一般取为0.2。

作为一种可选的实施方式，所述步骤S6“计算该谐波电流幅值与所述基波电流幅值的比值”具体通过以下公式获得：

其中，为第q个谐波电流幅值与基波电流幅值的比值。

作为一种可选的实施方式，所述根据步骤S7“所述该谐波电流幅值与所述基波电流幅值的比值，最终判断所述背景谐波电流频谱是否含有该谐波电流”，具体为：

当所述该谐波电流幅值与所述基波电流幅值的比值小于预设电流幅值比值时，则所述背景谐波电流频谱不含有该谐波电流，否则，确定所述背景谐波电流频谱含有该谐波电流。

在本实施例中，若满足下述条件：

则背景谐波电压频谱不包含第q个谐波电压；否则，确定背景谐波电压频谱包含第q个谐波电压。

其中，β2为一较小正数，可根据实际电网及对谐波电流的不同限制来选择，一般取值范围为0.1％～0.2％。

为了更好地说明本发明的流程，下面取一次背景谐波校正实验对本发明进行详细说明。本次实验同时对背景谐波电压频谱和背景谐波电流频谱进行校正测试。

参见图3，其是本发明提供的背景谐波校正实验所采用的实验装置连接图；本次实验采用谐波源发生装置，谐波源发生装置为全数字电力系统仿真器(ADPSS，AdvancedDigital Power System Simulator)，用于模拟实际电网中的谐波源。谐波源发生装置与功率放大器相连，将谐波源发生装置产生的谐波原始信号(其一般为弱电信号)转换为较高的电压和电流信号输出，作为实际的谐波源信号。该谐波源信号经线路连接至不同装置，用于获得测点电压量测信息和电流量测信息。实验采取以下步骤S1'到步骤S8'：

步骤S1'：获得量测点电压量测信息和电流量测信息。本次实验中电压测量点有电压测点1、电压测点2、电压测点3，电流测量点有电流测点1、电流测点2、电流测点3。

步骤S2'：对电压量测信息以及电流量测信息开展快速傅里叶变换计算，得到基波电压幅值、基波电流幅值、各个谐波电压幅值以及各个谐波电流幅值。实验时取电压测点1的电压测量信息和电流测点1的电流测量信息进行傅里叶变换计算，基波电压频率和基波电流频率均为50Hz，谐波电压频率分别为1600Hz、1800Hz、100Hz、400Hz，谐波电流频率分别为1600Hz、1800Hz、100Hz、400Hz，各个谐波电压以及各个谐波电流对应的幅值如表1所示。

表1

步骤S3'：根据所得到的电压傅里叶级数以及电流傅里叶级数，计算基波阻抗和各个谐波阻抗；其中，基波阻抗的计算公式为：

其中，Z₁为基波阻抗，u₁、i₁分别为基波电压幅值、基波电流幅值。

谐波阻抗的计算公式为：

其中，Z_q为第q个谐波阻抗，u_q、i_q分别为第q个谐波电压幅值、第q个谐波电流幅值。

本次实验中，根据表1的基波、各个谐波电压幅值以及各个谐波电流幅值，计算得到基波阻抗和各个谐波阻抗，如表2所示，其中基波阻抗为10.3582□。

表2

步骤S4'：计算第q个谐波阻抗与基波阻抗的比值，其计算公式为：

其中，为第q个谐波阻抗与基波阻抗的比值。

本次实验中，根据表1的基波、各个谐波电压幅值以及各个谐波电流幅值，计算得到谐波阻抗与基波阻抗的比值，具体参见表2。

步骤S5'：根据谐波阻抗与基波阻抗的比值判断背景谐波电压频谱是否包含该谐波电压，背景谐波电压频谱是否包含该谐波电流，其判别方法为：

若满足下述条件：

则可判断背景谐波电压频谱不包含第q个谐波电压，背景谐波电流频谱不包含第q个谐波电流，执行步骤S8；否则，则可判断背景谐波电压频谱包含第q个谐波电压，背景谐波电流频谱不包含第q个谐波电流，执行步骤S6。

其中α1为一较大正数，一般取为5；α2为一较小正数，一般取为0.2。

本次实验中，频率为100Hz的谐波电压和频率为100Hz的谐波电流的阻抗比均为0.0324，为一极小正数，满足上述条件，因此背景谐波电压频谱不包含频率为100Hz的谐波电压，背景谐波电流频谱频率不包含频率为100Hz的谐波电流。

步骤S6'：计算该谐波电压幅值与基波电压幅值的比值，其计算公式为：

计算该谐波电流幅值与基波电流幅值的比值，其计算公式为：

其中，分别为第q个谐波电压幅值与基波电压幅值的比值、第q个谐波电流幅值与基波电流幅值的比值。

本此实验中，根据表1的基波信息、各个谐波电压幅值以及各个谐波电流幅值，计算得到该谐波电压幅值与基波电压幅值的比值、到该谐波电流幅值与基波电流幅值的比值，如表3所示。

表3

步骤S7'：根据谐波电压幅值与基波电压幅值的比值判断背景谐波电压频谱是否包含该谐波电压，其判别方法为：

若满足下述条件：

则可判断背景谐波电压频谱不包含第q个谐波电压。

否则，则可判断背景谐波电压频谱包含第q个谐波电压。

根据谐波电流幅值与基波电流幅值的比值判断背景谐波电流频谱是否包含该谐波电流，其判别方法为：

若满足下述条件：

则可判断背景谐波电流频谱不包含第q个谐波电流。

否则，则可判断背景谐波电流频谱包含第q个谐波电流。

其中β1、β2均为一较小正数，可根据实际电网及对谐波电压、谐波电流的不同限制来选择，一般取值范围为0.1％～0.2％。

本次实验中，频率为400Hz的谐波电压的幅值比为0.0579，频率为400Hz的谐波电流的幅值比为0.0461，为一极小正数，满足上述条件，因此背景谐波电压频谱不包含频率为400Hz的谐波电压，背景谐波电流频谱不包含频率为400Hz的谐波电流。

步骤S8'：对所有谐波进行频谱校正检测，频谱校正结束。得到最终的背景谐波电压频谱为1800Hz、1600Hz，最终的背景谐波电流频谱为1800Hz、1600Hz。

参见图4，其是本发明又一实施例提供的背景谐波电压频谱校正装置的结构框图。

本发明实施例提供的背景谐波电压频谱校正装置10包括：

量测信息获取模块100，用于执行步骤S1:获取量测点的电压量测信息和量测点的电流量测信息；

傅里叶计算模块101，用于执行步骤S2：分别对所述电压量测信息和所述电流量测信息进行快速傅里叶变换计算，得到电压傅里叶级数和电流傅里叶级数，所述电压傅里叶级数包括基波电压幅值和各个谐波电压幅值，所述电流傅里叶级数包括基波电流幅值和各个谐波电流幅值；

阻抗计算模块102，用于执行步骤S3：根据所述电压傅里叶级数和所述电流傅里叶级数，得到基波阻抗和各个谐波阻抗；

阻抗比值计算模块103，用于执行步骤S4：计算第q个谐波阻抗和所述基波阻抗的比值，其中，q∈[1,m]，q的初始值等于1，m为谐波的个数；

第一判断模块104，用于执行步骤S5：根据所述第q个谐波阻抗和所述基波阻抗的比值判断背景谐波电压频谱是否含有该谐波电压，若是，则执行步骤S6；否则，执行步骤S8；

幅值比值计算模块105，用于执行步骤S6：计算该谐波电压幅值与所述基波电压幅值的比值；

第二判断模块106，用于执行步骤S7：根据所述该谐波电压幅值与所述基波电压幅值的比值，判断所述背景谐波电压频谱是否含有该谐波电压；

谐波电压检测模块107，用于执行步骤S8：判断是否完成所有谐波的电压频谱校正检测，若是，则选取出所有包含于所述背景谐波电压频谱中的谐波电压以得到校正后的背景谐波电压频谱，结束所有步骤；否则，执行步骤S9；

轮次校正模块108，用于执行步骤S9：令q＝q+1,执行下一个谐波的电压频谱校正检测,重复步骤S4到步骤S8，直到完成所有谐波的电压频谱校正检测。

参见图5，其是本发明又一实施例提供的背景谐波电流频谱校正装置的结构框图。

本发明实施例提供的背景谐波电流频谱校正装置20，包括：

量测信息获取模块200，用于执行步骤S1:获取量测点的电压量测信息和量测点的电流量测信息；

傅里叶计算模块201，用于执行步骤S2：分别对所述电压量测信息和所述电流量测信息进行快速傅里叶变换计算，得到电压傅里叶级数和电流傅里叶级数，所述电压傅里叶级数包括基波电压幅值和各个谐波电压幅值，所述电流傅里叶级数包括基波电流幅值和各个谐波电流幅值；

阻抗计算模块202，用于执行步骤S3：根据所述电压傅里叶级数和所述电流傅里叶级数，得到基波阻抗和各个谐波阻抗；

阻抗比值计算模块203，用于执行步骤S4：计算第q个谐波阻抗和所述基波阻抗的比值，其中，q∈[1,m]，q的初始值等于1，m为谐波的个数；

第一判断模块204，用于执行步骤S5：根据所述第q个谐波阻抗和所述基波阻抗的比值判断背景谐波电流频谱是否包含该谐波电流，若是，则执行步骤S6；否则，执行步骤S8；

幅值比值计算模块205，用于执行步骤S6：计算该谐波电流幅值与所述基波电流幅值的比值；

第二判断模块206，用于执行步骤S7：根据所述该谐波电流幅值与所述基波电流幅值的比值，判断所述背景谐波电流频谱是否含有该谐波电流；

谐波电流检测模块207，用于执行步骤S8：判断是否完成所有谐波的电流频谱校正检测，若是，则选取出所有包含于所述背景谐波电流频谱中的谐波电流以得到校正后的背景谐波电流频谱，结束所有步骤；否则，执行步骤S9；

轮次校正模块208，用于执行步骤S9：令q＝q+1,执行下一个谐波的电流频谱校正检测,重复步骤S4到步骤S8，直到完成所有谐波的电流频谱校正检测。

需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。