基于頻域動(dòng)態(tài)模型的電力信號(hào)同步相量測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于頻域動(dòng)態(tài)模型的電力信號(hào)同步相量測量方法，其步驟是，采集電壓互感器或電流互感器測得的電網(wǎng)的電壓或電流信號(hào)，得到電網(wǎng)的電力信號(hào)離散序列x(n)，再對(duì)電力信號(hào)離散序列x(n)進(jìn)行加窗傅里葉變換，得到偏移50Hz基波ω弧度的2L+1個(gè)相量測量預(yù)估計(jì)值X(ω)；再用基于頻域的動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行同步相量測量得到相量預(yù)估計(jì)值的修正值，經(jīng)過相移運(yùn)算，即得到當(dāng)前時(shí)刻trep電網(wǎng)的電力信號(hào)的相量值。該方法能夠有效減少測量誤差，在低頻振蕩、頻率偏移等動(dòng)態(tài)條件下，能夠消除或減弱信號(hào)基波分量的時(shí)變性對(duì)相量測量的影響，并大大提高信號(hào)的相量測量精度，改善了動(dòng)態(tài)性能。
【專利說明】基于頻域動(dòng)態(tài)模型的電力信號(hào)同步相量測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力系統(tǒng)中同步相量測量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球電力市場化和電網(wǎng)區(qū)域互聯(lián)的發(fā)展，電網(wǎng)的運(yùn)行環(huán)境日益復(fù)雜，其安全 穩(wěn)定運(yùn)行問題日益突出，迫切需要提高電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)安全監(jiān)控能力。近年來，廣域測量系統(tǒng) (Wide Area Measurement System, WAM巧作為新的一種電網(wǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，為有效的電網(wǎng) 動(dòng)態(tài)安全監(jiān)控提供了新的技術(shù)手段。WAMS中的數(shù)據(jù)采集和處理方式要求對(duì)采集數(shù)據(jù)的處理 結(jié)果是帶有精確時(shí)標(biāo)的相量數(shù)據(jù)。因此，能同步采集電力信號(hào)的時(shí)間、相位和幅值的同步相 量測量技術(shù)是實(shí)現(xiàn)WAMS的基礎(chǔ)和核屯、。而同步相量測量技術(shù)的核屯、是相量估計(jì)方法的設(shè) 計(jì)，估計(jì)方法的估計(jì)精度將直接影響到WAMS的應(yīng)用效果。
[000引離散傅里葉變換值iscrete Fourier Transform, DFT)算法具有良好的諧波抑制 特性和快速運(yùn)算特性，在靜態(tài)條件下具有較好應(yīng)用價(jià)值，已被廣泛應(yīng)用到同步相量測量中。
[0004] 現(xiàn)有的DFT算法，在非同步采樣的情況下存在幅值和頻率誤差，且隨著其非同步 性的增強(qiáng)，誤差急劇增大，往往達(dá)不到實(shí)際應(yīng)用的要求。當(dāng)系統(tǒng)頻率是隨著系統(tǒng)配置參數(shù)W 及狀態(tài)變化而變化時(shí)，不能保證采樣系統(tǒng)對(duì)實(shí)測信號(hào)一直保持同步采樣。對(duì)于頻率為f的 正弦序列，它的頻譜應(yīng)該只是在f處有離散譜。但是，在利用DFT求它的頻譜做了截短，結(jié) 果使信號(hào)的頻譜不只是在f處有離散譜，而是在Wf為中屯、的頻帶范圍內(nèi)都有譜線出現(xiàn)，它 們可W理解為是從f頻率上泄露出去的；同時(shí)，對(duì)一函數(shù)實(shí)行采樣，即是抽取采樣點(diǎn)上的對(duì) 應(yīng)函數(shù)值。其效果如同透過柵欄的縫隙觀看外景一樣，只有落在縫隙前的少數(shù)景象被看到， 其余景象均被柵欄擋住而視為零，該種現(xiàn)象視為柵欄效應(yīng)。
[0005] 因此應(yīng)用DFT進(jìn)行相量測量時(shí)所引起的頻譜泄露和柵欄現(xiàn)象可能會(huì)使得DFT算法 產(chǎn)生較大誤差，甚至得到一個(gè)不可用的結(jié)果。并且當(dāng)電網(wǎng)處于動(dòng)態(tài)過程中，電力信號(hào)的頻率 及幅值均隨著時(shí)間變化，算法對(duì)信號(hào)動(dòng)態(tài)特性的不完全表示也可能會(huì)加大DFT算法產(chǎn)生的 誤差。DFT算法能夠在一定條件和范圍下進(jìn)行同步相量測量，但存在一定的局限性，而相量 測量的準(zhǔn)確度直接影響到WAMS的應(yīng)用效果。同步相量測量不準(zhǔn)確最終將導(dǎo)致電網(wǎng)的動(dòng)態(tài) 安全監(jiān)控能力降低，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種基于頻域動(dòng)態(tài)模型的電力信號(hào)同步相量測量方法，該方 法在低頻振蕩、頻率偏移等動(dòng)態(tài)條件下，能更精確的實(shí)現(xiàn)電力信號(hào)的同步相量測量。
[0007] 本發(fā)明為解決其技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為：基于頻域動(dòng)態(tài)模型的電力信號(hào) 同步相量測量方法，其步驟為；
[000引 A、數(shù)據(jù)采集與預(yù)估計(jì)處理
[0009] 電網(wǎng)中的電壓互感器或電流互感器測量電網(wǎng)的電壓或電流信號(hào)，采集電壓或電流 信號(hào)得到電網(wǎng)的電力信號(hào)離散序列x(n)，其中n為采樣時(shí)刻；數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)電力信號(hào) 離散序列x(n)進(jìn)行加窗傅里葉變換，得到偏移50化基波《弧度的化+1個(gè)相量測量預(yù)估 計(jì)值X(?)，其中《 =1，Ao，l=〇，±l，±2，…，+L，A 〇為相鄰相量預(yù)估計(jì)值的弧 度差；
[0010] B、修正相量預(yù)估計(jì)值
[0011] 數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)得到的化+1個(gè)相量測量預(yù)估計(jì)值X(?)，用基于頻域的動(dòng)態(tài)模 型進(jìn)行同步相量測量得到相量預(yù)估計(jì)值的修正值，再經(jīng)過相移運(yùn)算，即得到當(dāng)前時(shí)刻tup 電網(wǎng)的電力信號(hào)的相量值玄hep)。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0013] 本發(fā)明首先對(duì)電力信號(hào)離散序列進(jìn)行加窗傅里葉變換，利用不同角弧度處的相量 分量獲得相量測量預(yù)估計(jì)值；利用低頻帶限信號(hào)相量及泰勒級(jí)數(shù)合理表示動(dòng)態(tài)信號(hào)模型， 利用相量測量預(yù)估計(jì)值求得低頻帶限信號(hào)相量的各階導(dǎo)數(shù)；最后進(jìn)行相移運(yùn)算，修正相量 估計(jì)結(jié)果，得到修正后的當(dāng)前時(shí)刻的精確相量值，更準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了相量的同步測量。
[0014] 進(jìn)一步，本發(fā)明的步驟B中基于頻域的動(dòng)態(tài)模型用W下方法建立：
[0015] 炬1)數(shù)字信號(hào)處理器利用泰勒級(jí)數(shù)近似表示低頻帶限相量a(t)，

【權(quán)利要求】
1. 基于頻域動(dòng)態(tài)模型的電力信號(hào)同步相量測量方法，其步驟為： A、 數(shù)據(jù)采集與預(yù)估計(jì)處理 電網(wǎng)中的電壓互感器或電流互感器測量電網(wǎng)的電壓或電流信號(hào)，采集電壓或電流信號(hào) 得到電網(wǎng)的電力信號(hào)離散序列x(n)，其中n為采樣時(shí)刻；數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)電力信號(hào)離散 序列X(n)進(jìn)行加窗傅里葉變換，得到偏移50Hz基波《弧度的2L+1個(gè)相量測量預(yù)估計(jì)值 X(w)，其中《 =l*A?，l= 〇，±l，±2，…，土L，A?為相鄰相量預(yù)估計(jì)值的弧度差； B、 修正相量預(yù)估計(jì)值 數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)得到的2L+1個(gè)相量測量預(yù)估計(jì)值X(?)，用基于頻域的動(dòng)態(tài)模型進(jìn) 行同步相量測量得到相量預(yù)估計(jì)值的修正值，再經(jīng)過相移運(yùn)算，即得到當(dāng)前時(shí)刻tMp電網(wǎng)的 電力信號(hào)的相量值又('）。
2. 如權(quán)利1所述的基于頻域動(dòng)態(tài)模型的電力信號(hào)同步相量測量方法，其特征在于：所 述的步驟B中的基于頻域的動(dòng)態(tài)模型用以下方法建立： (BI)數(shù)字信號(hào)處理器利用泰勒級(jí)數(shù)近似表示低頻帶限相量a(t)，
其中，t為當(dāng)前時(shí)刻tMp與基準(zhǔn)時(shí)刻tm的差，基準(zhǔn)時(shí) 刻tm為加窗傅里葉變換的數(shù)據(jù)窗中心時(shí)刻，a(k)為低頻帶限相量a(t)的k階導(dǎo)數(shù)，A為泰 勒級(jí)數(shù)的誤差，K= 2L為泰勒級(jí)數(shù)的最高階次；
號(hào)的基波頻率，Re表示取相量實(shí)部； 然后利用歐拉公式，對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)信號(hào)x(t)進(jìn)行離散化處理， 得到電力信號(hào)離散序列x(n)的泰勒級(jí)數(shù)形式的數(shù)學(xué)模型X' (n):
;其中，《〇= 2JTfQ/fs，為采樣角頻率， fs為采樣頻率；《 (k)為a(k)離散化值，a(k)=a(k)/fsk; (B3)將電力信號(hào)離散序列x(n)的數(shù)學(xué)模型x' (n)進(jìn)行加窗傅里葉變換，利用偏移 50Hz基波《弧度的分量，得到偏移50Hz基波《弧度的2L+1個(gè)相量測量預(yù)估計(jì)值X(?) 的數(shù)學(xué)模型X' (?):
其中，N為加窗傅里葉變換的數(shù)據(jù)窗中的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。
3. 如權(quán)利要求2所述的基于頻域動(dòng)態(tài)模型的電力信號(hào)同步相量測量方法，其特征在 于：所述的步驟B中用基于頻域的動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行同步相量測量得到相量預(yù)估計(jì)值的修正值 的具體方法為： (B4)數(shù)字信號(hào)處理器將步驟A中得到的2L+1個(gè)相量估計(jì)值X(?)分別代入相量測量 預(yù)估計(jì)值X(?)的數(shù)學(xué)模型X' (?)中，得到2L+1個(gè)含未知量a(k)的方程，將這些方程聯(lián) 立組成方程組；計(jì)算出a的各階導(dǎo)數(shù)a(k)，而a(/f)=￡?(/f)///，算出低頻帶限相量a(t)在基 準(zhǔn)時(shí)刻tm的各階導(dǎo)數(shù)值a(k)(tm)。
4.如權(quán)利要求2所述的基于頻域動(dòng)態(tài)模型的電力信號(hào)同步相量測量方法，其特征在 于：所述的步驟B中相移運(yùn)算的具體方法是： (B5)當(dāng)前時(shí)刻由數(shù)字信號(hào)處理器從GPS系統(tǒng)中獲得，將當(dāng)前時(shí)刻t_與基準(zhǔn)時(shí)刻tm的差t代入B2步中電力系統(tǒng)電力信號(hào)相量X(t)的模型X'⑴中，同時(shí)將M步得到的 基準(zhǔn)時(shí)刻tm的a(t)的各階導(dǎo)數(shù)a(k)(tm)，代入B2步中電力系統(tǒng)電力信號(hào)相量X(t)的模型 X'⑴中，即得到當(dāng)前時(shí)刻tMp電網(wǎng)的電力信號(hào)的相量值於'）：
【文檔編號(hào)】G01R23/16GK104502703SQ201410767786
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月13日
【發(fā)明者】符玲, 韓文朕, 何正友, 麥瑞坤 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)