具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明基于高性能DSP的谐波计算方法，主要包括以下步骤：

S1、对原始模拟信号进行采样。

利用主频为1GHz的DSP，定点数据计算速度为40GMAC，浮点数据计算速度为20GFLOP，内存存储区大小为32KB，外部存储器DDR3大小为8GB；

通过18位模数转换器ADC对原始模拟信号进行采样，采样频率为50kHz，将原始模拟信号转化成便于DSP处理计算的离散数字信号，并将模数转换器ADC转换后的数据输出到DSP的外部存储器接口EMIF上。

S2、将采样得到的数据利用DSP的增强型直接内存存取EDMA将采样数据从DSP的外部存储器接口EMIF搬移至DSP的内部存储区中。

利用DSP的增强型直接内存存取EDMA进行数据搬移，增强型直接内存存取EDMA采用中断方式，触发方式为模数转换器ADC转换完成发出的脉冲信号；使用增强型直接内存存取EDMA搬移数据的好处在于，相比于直接使用CPU读取数据而言，增强型直接内存存取EDMA读取数据的效率更高，且在读取时不占用CPU，使得CPU可用于执行其他任务，大大减小了系统资源消耗。

由于模数转换器ADC的零漂和系数问题，需要对采样数据进行零漂补偿及系数修正，否则将带来较大误差。先将采样数据用增强型直接内存存取EDMA搬移至内部存储区的意义在于，DSP对于内部存储区内的数据处理速度较快，该处理采用边采样边处理的方式，可以有效避免大量数据存储进外部存储区DDR3后集中处理造成大量时间占用，大大影响该谐波计算方法的实时性。

S3、将采样数据从DSP内部存储区搬移至外部存储区DDR3中保存。

由于DSP内部存储区空间容量受限，需要将采样数据搬移至空间较大的外部存储区DDR3中存储。

S4、对采样数据进行分频处理。

为了有效地提高计算速度，考虑到电力系统数据中低频分量较为密集，高频数据较为分散，可以对采样数据进行分频处理；所述的分频处理方法为对低频数据采用隔10点存储的方法，将原始50KHz的采样频率降低为5000Hz，再对5000Hz的采样频率采样的数据进行快速傅里叶变换FFT，计算点数512；对高频数据采用原始50KHz采样频率进行采样，将采样后的数据进行快速傅里叶变换FFT，计算点数2048；其中，高低频的分界点取值为781.25Hz，并可以根据实际需要进行灵活调整。经过分频处理后，低频段的计算点数大大降低，而5000Hz的采样频率已经足够满足实际采样频率的要求，即至少大于数据最高频率分量4倍，大大提高了计算速度。

S5、对分频后的数据利用加black-man窗的双谱线插值快速傅里叶变换FFT进行计算。

采用加窗插值快速傅里叶变换FFT算法处理稳态数据，对稳态数据计算速度快，且计算精度高。由于电网中频率存在波动，且间谐波为基波的非整数倍，很难对数据进行同步采样，当非同步采样时，快速傅里叶变换FFT会产生频谱泄漏现象和栅栏效应，导致检测结果存在很大误差，加窗插值快速傅里叶变换FFT算法能较好抑制频谱泄漏和栅栏效应，从而提高谐波检测精度。

为了减少频率泄露，对数据进行加black-man窗处理，black-man窗为：

其中，w(n)是窗函数，n值为0,1,2,…,N-1，N是信号总采样点数。

对数据x(n)进行加窗处理，x_w(n)＝x(n)w(n)，离散傅里叶变换后并忽略负频点处谱峰的旁瓣影响，得到DFT表达式为：

其中，x_w(n)是加窗处理后的信号，X(k)是x_w(n)的离散傅里叶变换，m是信号中所含频率分量，j是虚数，W是窗函数的离散傅里叶变换，A_m是分量m的幅值，是分量m的相位，f_m是分量m的频率，Δf是频率分辨率，f_s是采样频率，k＝0,1,2,…,N-1；其中，Δf＝f_s/N。

对加窗后的数据进行快速傅里叶变换FFT处理，利用双谱线插值的原理，采用多项式逼近的方法获取加black-man窗双谱线插值快速傅里叶变换FFT的幅值修正公式：

A＝(y₁+y₂)(2.70205774+1.07115106α²+0.23361915α⁴+0.04017668α⁶)/N

其中，y₁、y₂分别是最大值和次大值谱线，A是双谱线插值后的幅值，α为快速傅里叶变换FFT幅值修正系数，α＝y-y₁-0.5；其中，y为信号的实际峰值。

数据的频率修正公式为：

f＝(k₁+α+0.5)f_s/N

数据的相位修正公式为：

θ＝arg[X(k₁)]-π·(α+0.5)

其中：f是频率，θ是相位，X(k₁)是信号的离散傅里叶变换，k₁为最大值谱线。

S6、获取采样数据所含谐波分量的结果。

本实施例中，数据信号由实时数字仿真系统(RTDS)发出，将本发明的基于高性能DSP的谐波计算方法与FLUKE公司型号为435 POWER QUALITY ANALYZER的离线接入式谐波计算仪的计算结果进行对比分析，实验结果如表1、表2所示。

表1

表2

对比实验数据，可以得出发明的谐波计算方法不仅可以计算谐波分量的幅值，还能够测量谐波分量的频率和相位数据，而FLUKE 435谐波计算仪不能够测量具体的谐波频率，只能给出谐波的次数，且无法测量相位，本发明的谐波计算方法测量的谐波分量幅值和FLUKE 435谐波计算仪测量的谐波分量幅值误差较小，且通过DSP内部仿真实验表明本发明方法谐波测量误差小于千分之一，可以认为本发明方法计算精度较高。对于实际的电力系统，数据信号的实时频率是不断变换的，不可能是正好的整数，而本发明方法可以给出具体的频率测量结果，相比而言优越性明显。同时，本发明方法花费总时间小于7ms，不易对数据信号的频率分量的个数产生影响，稳定性良好，且本发明方法可以测量基波非整数倍的间谐波数据，而FLUKE 435谐波计算仪不具有间谐波测量功能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。