具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。

如图1所示，本申请提供了一种频率自适应的交流信号有效值获取方法，主要包括：

步骤S1、对交流信号进行准同步采样，得到交流信号的采样值；

步骤S2、为每一路交流信号设置一个维数为N的采样数组用于存放采样值，在实时采样过程中，以循环递推的方法更新所述采样数组中的数据；

步骤S3、对所述采样数组每更新一个采样数据，即对采样数组中交流信号采样值计算平方累加后的均值；

步骤S4、对步骤S3中的均值进行开方计算，获得局部均方根值；

步骤S5、为每一路交流信号设置一个维数为N的均方根数组用于存放对应路交流信号计算的均方根值，以循环递推的方法更新所述均方根数组中的数据；

步骤S6、对所述均方根数组中的数据进行滤波，得到交流电压信号的有效值。

其中，步骤S1进一步包括：

步骤S11、获得交流电压信号的频率；

步骤S12、根据交流信号的频率及一个周期的采样点数确定采样时间间隔，按照所述采样时间间隔对所述交流信号进行准同步采样。

下面以调压点A相电压e_a有效值计算为例对提出的一种频率自适应的交流信号有效值快速计算方法进行说明。

在步骤S1中，以永磁机三相电压为输入，应用频率自适应均值锁相环实时获得交流电压信号的频率f_sys；

首先通过步骤S11获得交流电压信号的频率，包括：

步骤S111、对永磁机输出线电压信号u_ab、u_bc、u_ca进行采样，以其为输入应用频率自适应均值锁相环实时获得永磁机输出电压的频率f_PMG。

步骤S112、根据永磁机和主发电机两者极对数之间的关系得到调压点交流电压信号的频率，计算式为：

f_sys＝n₂ f_PMG/n₁ (1)

其中，f_sys表示调压点交流电压信号的频率，n₁和n₂分别表示永磁机和主发电机的极对数。

之后通过步骤S12来进行采样，根据得到的频率f_sys和一个周期的采样点数计算本运算周期的采样时间间隔，对交流信号进行准同步采样，得到交流信号的采样值e_a，smpl；

假设每周期采样N点，采样时间间隔可计算为：

其中，ceil(x)表示不小于x的最小整数，T_u表示处理器时钟的最小分辨率。本例中，N＝64，T_u＝1μs。

以上一个采样时刻为参考基准，在时刻t_nst＝T_s进行采样，得到调压点A相电压当前采样值e_a，smpl。

本实施例在步骤S2中，为调压点A相交流电压信号设置一个长度为N的一维数组Z_a用于存放采样值，以循环递推的方法取出采样数组中相应位置的旧的采样值e_a，io备用，并使用当前的采样值e_a，smpl代替e_a，iold作为新的采样值e_a，inew；

设Z_a的下标分别从1到N，并设Z_a[i]表示数组Z_a中的第i个元素。初始条件下，三相电压均为零，即将Z_a[1]到Z_a[N]均初始化为零。

每获得一次采样值对Z_a中相应位置的元素进行一次更新。更新的顺序依次为Z_a[1]、Z_a[2]、…、Z_a[N]、Z_a[1]…，如此循环反复进行。

图2是以一个长度为N的数组中第i个元素更新为例对采用的循环递推方法进行示意。从数组中第1个元素开始，每采样一次进行一次元素更新，完成数组中第N个元素更新后，下一次从第1个元素开始新一轮更新。

如图2所示，Z_a中第i个元素Z_a[i]的更新包含以下两个步骤：

第一步，将Z_a[i]中的旧元素e_a，iold赋给一个临时变量e_a，tmp以备使用；

第二步，使用当前采样值e_a，smpl替换Z_a[i]中的旧元素e_a，iold得到Z_a[i]中新的采样值e_a，inew。

应用循环递推的方法对Z_a中的N个元素进行求平方累加和及求平均值运算，得到A相交流电压信号一个周期采样值的平方累加和的平均值；

步骤S3中，记上一次计算得到的一个周期N个采样值的平方累加和为R_old，当前的采样值为e_a，inew，采样数组中被替换的旧的采样值为e_a，tmp，新的一个周期N个采样值的平方累加和R_new可计算为：

新的一个周期平方累加和的平均值R_avg可计算为：

R_avg＝R_new/N (4)

步骤S4是对步骤S3中的均值进行开方计算，获得局部均方根值，在一个可选实施方式中，对一个周期采样值的平方累加和的平均值R_avg采用牛顿-拉夫逊算法进行开方运算，得到本次计算得到的局部均方根值e_a，irne；

令二次函数f(x)的表达式为：

f(x)＝x²-R_avg (5)

按照牛顿-拉夫逊开方公式，R_avg的平方根即x的迭代计算公式为：

其中，x_i和x_i+1分别表示上一次和本次迭代运算结果，f(x_i)表示x_i处的函数值，f′(x_i)表示f(x)在x_i处的微分。

分别代入f′(x_i)和f(x)的表达式，可得：

设初值为x₀，经过m轮迭代得到调压点A相交流电压本次计算得到的局部均方根值e_a，irnew＝x_m。本例中，x₀＝57.5，m＝3。

为避免除以零的情况发生，约束x_i在零附近很小的邻域以外。

步骤S5为为每一路交流信号设置一个维数为N的均方根数组用于存放对应路交流信号计算的均方根值，以循环递推的方法更新所述均方根数组中的数据。具体步骤类似于步骤S3，为A交流电压信号设置一个长度为N的一维数组E_a用于存放e_a，irnew，应用循环递推的方法对E_a中相应位置的元素进行更新，并对所有元素进行均值滤波处理，得到A相交流电压信号的有效值e_a，rms。

步骤S6中，设上一次计算得到的一个周期N个局部均方根值的累加和为E_a，old，本次计算得到的局部均方根值为e_a，irnew，将被替换的旧的局部均方根值为e_a，irold。定义一个临时变量e_a，rtmp用于存放e_a，irold，按照第(3)步中描述的循环递推的方式对E_a中的元素进行更新，然后对其中的N个元素进行均值处理。

当前E_a中N个元素值的累加和E_a，new可计算为：

E_a，new＝E_a，old+e_a，irnew-e_a，rtmp (8)

有效值e_a，rms的计算式为：

其中，k_a表示A相交流电压采样通道的通道系数。本例中，k_a＝40。

图3-图7是本申请的仿真示意图，其中，图3是模拟发电系统建压过程中计算调压点A相电压有效值的仿真波形。初始时电压幅值为零，系统频率为360Hz；从0.025s开始交流电压有效值按指数规律升高至115Vrms；在0.025s到0.125s期间系统频率以200Hz/s连续增大，0.125s之后系统频率保持在380Hz。

图4是系统频率持续增大和电压的有效值阶跃变化时的仿真波形。初始时系统频率为360Hz，在0.025s到0.125s期间系统频率以300Hz/s连续增大，0.125s之后系统频率保持在390Hz；在0.05s时刻，交流电压有效值从115Vrms阶跃降低至80.5Vrms并于0.1s阶跃升高至115Vrms。

图5是系统频率持续减小和电压的有效值阶跃变化时的仿真波形。初始时系统频率为800Hz，0.025s到0.125s期间系统频率以-400Hz/s连续减小，0.125s之后系统频率保持在760Hz；在0.05s时刻，交流电压有效值从115Vrms阶跃升高至200Vrms并于0.1s阶跃降低至115Vrms。

图6是系统频率持续增大、电压含有谐波以及电压的有效值阶跃变化时的仿真波形。初始时系统频率为480Hz，0.025s到0.125s期间系统频率以400Hz/s连续增大，0.125s之后系统频率保持在520Hz；假设电压信号中含有五次谐波且整个过程中谐波的幅值均为基波幅值的0.2倍；在0.05s时刻，基波交流电压有效值从115Vrms(交流电压有效值为117.28Vrms)阶跃升高至138Vrms(交流电压有效值为140.73Vrms)并于0.1s阶跃降低至115Vrms。

图7是系统频率持续减小、电压含有谐波以及电压的有效值阶跃变化时的仿真波形。初始时系统频率为520Hz，0.025s到0.125s期间系统频率以-400Hz/s连续减小，0.125s之后系统频率保持在480Hz；假设电压信号中含有五次谐波且整个过程中谐波的幅值均为基波幅值的0.2倍；在0.05s时刻，基波交流电压有效值从115Vrms(交流电压有效值为117.28Vrms)阶跃降低至0Vrms并于0.1s阶跃升高至115Vrms。

通过仿真结果可以看出，本申请频率自适应交流信号有效值获取方法能够适应频率的快速、大范围变化，对交流信号变化响应速度快、计算量小并且结果精确度高，适于数字式调压、控制与保护，能够明显提高变频交流供电系统的性能。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。