本發(fā)明涉及同步相量測(cè)量
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種基于信號(hào)識(shí)別的自適應(yīng)同步相量測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
：電力系統(tǒng)安全是國家安全的重要組成部分，電力系統(tǒng)的量測(cè)技術(shù)是電力系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)。同步相量測(cè)量單元(phasormeasurementunit，pmu)因其高精度、高上送率等優(yōu)點(diǎn)，已在國內(nèi)外快速發(fā)展、廣泛應(yīng)用。然而電力系統(tǒng)已呈現(xiàn)越來越明顯的電力電子化特征，這導(dǎo)致電力系統(tǒng)特性發(fā)生本質(zhì)改變，電力系統(tǒng)安全面臨新的挑戰(zhàn)。電氣量頻譜特征復(fù)雜、時(shí)域瞬變多、動(dòng)態(tài)過程快，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)相量準(zhǔn)確測(cè)量與快速準(zhǔn)確跟蹤系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程更加困難。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)量測(cè)以基頻穩(wěn)態(tài)信號(hào)為主，假設(shè)輸入相量在時(shí)間窗內(nèi)穩(wěn)定不變，當(dāng)相量計(jì)算時(shí)間窗內(nèi)電氣量發(fā)生瞬變，既包含瞬變前信號(hào)，又包含瞬變后信號(hào)時(shí)，相量測(cè)量結(jié)果無意義，存在一個(gè)時(shí)長與時(shí)間窗長一樣長的過渡過程，無法提供快速準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。此外，受大量非線性負(fù)荷的影響，電網(wǎng)的噪聲含量增加。噪聲的增大會(huì)導(dǎo)致測(cè)量相量的幅值與相角產(chǎn)生偽波動(dòng)，影響直接測(cè)量精度，而且由于頻率與頻率變化率分別為相角的一次導(dǎo)數(shù)與二次導(dǎo)數(shù)，噪聲所造成的相角的微小波動(dòng)可使頻率與頻率變化率測(cè)量誤差增大上百倍，由于噪聲頻譜范圍及其寬泛，難以對(duì)噪聲進(jìn)行抑制與消除。隨著ieee、中國及國家電網(wǎng)公司的pmu標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布及逐步完善，pmu動(dòng)態(tài)條件下的量測(cè)精度受到越來越多的研究機(jī)構(gòu)地重視，很多新的技術(shù)在算法中得到了應(yīng)用。但是由于缺乏電網(wǎng)信號(hào)噪聲含量及其對(duì)相量測(cè)量影響的機(jī)理研究，現(xiàn)有的pmu標(biāo)準(zhǔn)中未對(duì)噪聲含量及在噪聲條件下的測(cè)量誤差極限進(jìn)行要求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種基于信號(hào)識(shí)別的自適應(yīng)同步相量測(cè)量方法，利用該方法無論在輸入靜態(tài)信號(hào)還是動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，都可以準(zhǔn)確且快速地進(jìn)行相量量測(cè)。一種基于信號(hào)識(shí)別的自適應(yīng)同步相量測(cè)量方法，所述方法包括：步驟1、建立動(dòng)態(tài)相量模型，并用二階泰勒級(jí)數(shù)模擬相量幅值、相角、頻率與頻率變化率的動(dòng)態(tài)變化；步驟2、利用所建立的動(dòng)態(tài)相量模型，得到相量模型參數(shù)在電力系統(tǒng)典型靜動(dòng)態(tài)過程中的行為規(guī)律；步驟3、根據(jù)所得到的相量模型參數(shù)的行為規(guī)律，進(jìn)行信號(hào)類型識(shí)別，識(shí)別出電力信號(hào)的瞬變、不含噪聲的靜態(tài)、含噪聲的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)過程；步驟4、針對(duì)識(shí)別出的電力信號(hào)的瞬變、不含噪聲的靜態(tài)、含噪聲的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)過程，分別進(jìn)行瞬變前后計(jì)算時(shí)間窗的自適應(yīng)構(gòu)建、噪聲抑制以及動(dòng)態(tài)相量補(bǔ)償。在所述步驟1中，所建立的動(dòng)態(tài)相量模型用公式表示為：其中，x(t)是信號(hào)采樣值，xm(t)是相量幅值，f(t)是信號(hào)頻率，φ0是相量初相角，f0是額定頻率，δf(t)是頻率偏移；在上述模型中，相量幅值、相角、頻率與頻率變化率在計(jì)算時(shí)間窗內(nèi)都隨時(shí)間t變化而變化。所述電力系統(tǒng)典型靜動(dòng)態(tài)過程包括：瞬變過程，具體為突變或階躍；不含噪聲的靜態(tài)過程；包含噪聲的靜態(tài)過程；動(dòng)態(tài)過程，具體為調(diào)制和失步。在所述步驟2中，所得到的相量模型參數(shù)在電力系統(tǒng)典型靜動(dòng)態(tài)過程中的行為規(guī)律具體為：當(dāng)輸入信號(hào)為不含噪聲的靜態(tài)信號(hào)時(shí)，其相量幅值、相角、頻率與頻率變化率的一次、二次系數(shù)為0；當(dāng)輸入信號(hào)為包含噪聲的靜態(tài)信號(hào)時(shí)，其相量幅值、相角、頻率與頻率變化率的一次系數(shù)、二次系數(shù)均會(huì)在0附近發(fā)生無規(guī)律的跳變，且表征大小與噪聲大小有關(guān)；當(dāng)輸入信號(hào)為調(diào)制信號(hào)時(shí)，其相量幅值、相角、頻率與頻率變化率的一次系數(shù)、二次系數(shù)在一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)同時(shí)反復(fù)過零點(diǎn)；當(dāng)輸入信號(hào)失步時(shí)，通過判斷頻率的一次系數(shù)在一段時(shí)間內(nèi)是否多次過非零的固定值，且頻率的二次系數(shù)是否均多次過零點(diǎn)，由此來判斷該信號(hào)是否失步；當(dāng)輸入信號(hào)瞬變時(shí)，則初始相量擬合的頻率變化率的一次系數(shù)的最大值是突變前的2.5倍。在所述步驟4中，針對(duì)電力信號(hào)的動(dòng)態(tài)過程所進(jìn)行的動(dòng)態(tài)相量補(bǔ)償具體為：利用二階泰勒級(jí)數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)相量輸入進(jìn)行擬合，獲得dft平均化效應(yīng)造成的量測(cè)誤差與泰勒級(jí)數(shù)二階系數(shù)的線性關(guān)系；利用所獲得的關(guān)系對(duì)初始量測(cè)相量進(jìn)行校準(zhǔn)，以進(jìn)行動(dòng)態(tài)精度補(bǔ)償，得到精確的動(dòng)態(tài)量測(cè)相量，消除平均化效應(yīng)產(chǎn)生的誤差。在所述步驟4中，針對(duì)電力信號(hào)含噪聲的靜態(tài)過程所進(jìn)行的噪聲抑制具體為：若判斷含噪聲的靜態(tài)信號(hào)未發(fā)生階躍，且該點(diǎn)的幅值、頻率和頻率變化率未經(jīng)過動(dòng)態(tài)精度補(bǔ)償，則對(duì)該段信號(hào)的幅值、頻率和頻率變化率進(jìn)行求平均并賦值，以減小白噪聲導(dǎo)致的幅值、頻率和頻率變化率計(jì)算誤差。在所述步驟4中，針對(duì)電力信號(hào)瞬變的過程所進(jìn)行的瞬變前后計(jì)算時(shí)間窗的自適應(yīng)構(gòu)建具體為：對(duì)包含突變點(diǎn)的時(shí)間窗進(jìn)行重新構(gòu)建，對(duì)于時(shí)標(biāo)在突變點(diǎn)之前的相量，均使用突變前的量測(cè)相量；對(duì)于時(shí)標(biāo)在突變點(diǎn)之后的相量，均使用突變后的量測(cè)相量。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，利用上述方法無論在輸入靜態(tài)信號(hào)還是動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，都可以準(zhǔn)確且快速地進(jìn)行相量量測(cè)，其相量量測(cè)精度可以滿足國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)q/gdw1131-2014《電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的要求。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的基于信號(hào)識(shí)別的自適應(yīng)同步相量測(cè)量方法流程示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例所舉靜態(tài)含噪聲時(shí)的幅值一次及二次系數(shù)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例所舉同時(shí)調(diào)制時(shí)的幅值一次系數(shù)及二次系數(shù)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例所述瞬變時(shí)頻率變化率的一次系數(shù)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例所舉靜態(tài)不含噪聲時(shí)的幅值一次及二次系數(shù)示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例所舉失步時(shí)的頻率一次及二次系數(shù)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例所提供的基于信號(hào)識(shí)別的自適應(yīng)同步相量測(cè)量方法流程示意圖，所述方法包括：步驟1、建立動(dòng)態(tài)相量模型，并用二階泰勒級(jí)數(shù)模擬相量幅值、相角、頻率與頻率變化率的動(dòng)態(tài)變化；在該步驟中，首先將動(dòng)態(tài)基頻信號(hào)用如下公式表示：其中，x(t)是信號(hào)采樣值，xm(t)是相量幅值，f(t)是信號(hào)頻率，φ0是相量初相角，f0是額定頻率，δf(t)是頻率偏移。此時(shí)，信號(hào)的幅值與頻率都是時(shí)間的函數(shù)。將式(1)重新寫為：其中re為實(shí)部，通常情況下認(rèn)為參考坐標(biāo)系以2πf0的速度同步旋轉(zhuǎn)，所以可忽略故式(1)可表示為所建立的動(dòng)態(tài)相量模型用公式表示為：具體實(shí)現(xiàn)中，頻率變化率(therateofchangeoffrequency,rocof)表示為：rocof＝d/dt[f(t)]＝δf'(t)(4)在上述模型中，相量幅值、相角、頻率與頻率變化率在計(jì)算時(shí)間窗內(nèi)都隨時(shí)間t變化而變化。為了在計(jì)算時(shí)間窗內(nèi)逼近動(dòng)態(tài)輸入信號(hào)，可以利用二階泰勒級(jí)數(shù)來模擬相量參數(shù)的非線性變化波形，如下式(5-8)所示：xm(t)＝m2t2+m1t+m0(5)f(t)＝p2t2+p1t+p0(7)rocof(t)＝q2t2+q1t+q0(8)其中，m2＝d2xm(t)/dt2|t＝0，m1＝dxm(t)/dt|t＝0，m0＝xm(0)；n2＝d2φ(t)/dt2|t＝0，n1＝dφ(t)/dt|t＝0,n0＝φ(0)；p2＝d2f(t)/dt2|t＝0，p1＝df(t)/dt|t＝0，p0＝f(0)；q2＝d2rocof(t)/dt2|t＝0，q1＝drocof(t)/dt|t＝0，q0＝rocof(0)。步驟2、利用所建立的動(dòng)態(tài)相量模型，得到相量模型參數(shù)在電力系統(tǒng)典型靜動(dòng)態(tài)過程中的行為規(guī)律；在該步驟中，電力系統(tǒng)典型靜動(dòng)態(tài)過程可以包括：瞬變過程，具體為突變或階躍；不含噪聲的靜態(tài)過程；包含噪聲的靜態(tài)過程；動(dòng)態(tài)過程，具體為調(diào)制和失步。而所得到的相量模型參數(shù)在電力系統(tǒng)典型靜動(dòng)態(tài)過程中的行為規(guī)律具體為：1)當(dāng)輸入信號(hào)為不含噪聲的靜態(tài)信號(hào)時(shí)，其相量幅值、相角、頻率與頻率變化率的一次、二次系數(shù)為0；具體來說，若輸入信號(hào)為靜態(tài)，且頻率為額定值，則信號(hào)表達(dá)式如下：其中，xm為相量幅值，ω0是額定頻率角速度，為初相角。由式(9)可以看出，靜態(tài)輸入信號(hào)為純正弦波，因此其幅值xm的常數(shù)項(xiàng)m0＝xm，幅值一次系數(shù)m1和幅值二次系數(shù)m2均為0。靜態(tài)時(shí)的相角、頻率及頻率變化率與上述幅值系數(shù)類似，不再贅述。2)當(dāng)輸入信號(hào)為包含噪聲的靜態(tài)信號(hào)時(shí)，其相量幅值、相角、頻率與頻率變化率的一次系數(shù)、二次系數(shù)均會(huì)在0附近發(fā)生無規(guī)律的跳變，且表便大小與噪聲大小有關(guān)；具體實(shí)現(xiàn)中，通過對(duì)含白噪聲的靜態(tài)信號(hào)進(jìn)行仿真，如圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例所舉靜態(tài)含噪聲時(shí)的幅值的一次及二次系數(shù)示意圖，由圖2可知：其幅值一次系數(shù)和幅值二次系數(shù)均會(huì)發(fā)生振蕩，且振蕩大小與噪聲大小有關(guān)。靜態(tài)含噪聲時(shí)的相角、頻率及頻率變化率與上述幅值系數(shù)類似，不再贅述。3)當(dāng)輸入信號(hào)為調(diào)制信號(hào)時(shí)，其相量幅值、相角、頻率與頻率變化率的一次系數(shù)、二次系數(shù)在一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)同時(shí)反復(fù)過零點(diǎn)；具體實(shí)現(xiàn)中，可判斷10組初始相量擬合的一次系數(shù)、二次系數(shù)是否沒有同時(shí)且反復(fù)過零點(diǎn)，若是，則可以判斷該信號(hào)為調(diào)制信號(hào)；舉例來說，幅值相角同時(shí)調(diào)制時(shí)，輸入信號(hào)可以表示為：其中，xm為相量幅值，k1是幅值調(diào)制系數(shù)，ω1是幅值調(diào)制角速度，是幅值調(diào)制初相角，ω0是額定頻率角速度，ka是相角調(diào)制系數(shù)，是相角調(diào)制初相角，是初相角。以同時(shí)調(diào)制時(shí)的幅值為例，幅值可表示為：通過泰勒展開可得：因此，其幅值常數(shù)項(xiàng)m0、幅值一次系數(shù)m1和幅值二次系數(shù)m2如下：通過動(dòng)態(tài)相量模型進(jìn)行擬合，取7個(gè)初始計(jì)算相量，且時(shí)標(biāo)打在中間，所以t’＝0。此外，隨著時(shí)間窗的后移，φ1隨時(shí)間變化，認(rèn)為φ1＝ωt’。因此，幅值各階系數(shù)可以轉(zhuǎn)化為：同時(shí)，調(diào)制時(shí)的相角、頻率及頻率變化率的各系數(shù)與上述幅值各系數(shù)類似，不再贅述。4)當(dāng)輸入信號(hào)失步(頻率斜坡)時(shí)，頻率的一次系數(shù)是不為0的直線；在實(shí)際電力系統(tǒng)應(yīng)用中，由于噪聲的存在，可以通過判斷頻率的一次系數(shù)在一段時(shí)間內(nèi)，是否多次過非零的固定值，頻率的二次系數(shù)是否均多次過零點(diǎn)，由此判斷該信號(hào)是否失步。舉例來說，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生大擾動(dòng)失步時(shí)，系統(tǒng)中某些節(jié)點(diǎn)的頻率不僅無法維持在額定頻率，且以一定速度持續(xù)增長或減小，其信號(hào)模型表示如下：其中，df/dt為頻率變化率。則其頻率的表達(dá)式為：通過泰勒展開可得：因此，其頻率常數(shù)項(xiàng)p0、頻率一次系數(shù)p1和頻率二次系數(shù)p2如下：p2＝0(24)5)當(dāng)輸入信號(hào)瞬變(突變/階躍)時(shí)，則初始相量擬合的頻率變化率的一次系數(shù)的最大值是突變前的2.5倍；當(dāng)雷擊輸電線路或絕緣子污閃引起系統(tǒng)短路后，保護(hù)迅速將其切除，而后又自動(dòng)重合閘成功，在這過程中出現(xiàn)電壓下凹現(xiàn)象；在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，發(fā)生瞬時(shí)單相接地故障時(shí)，正常相的對(duì)地電壓會(huì)升高，出現(xiàn)電壓上凸現(xiàn)象，或者當(dāng)開關(guān)分合閘時(shí)都會(huì)引起電壓、電流幅值瞬變。舉例來說，以幅值階躍為例，若τ時(shí)刻發(fā)生瞬變，表達(dá)式如下：其中，xm1為瞬變前幅值，xm2為瞬變后幅值，ε(t)為階躍函數(shù)。其幅值可表示為：xm(t)＝xm1ε(τ)+xm2ε(t-τ)(26)由式(26)可以看出，發(fā)生幅值瞬變前后，其幅值發(fā)生階躍。因此，其幅值常數(shù)項(xiàng)m0瞬變前為xm1，瞬變后為xm2；幅值一次系數(shù)m1和幅值二次系數(shù)m2在瞬變前或后均為0，但在瞬變點(diǎn)均會(huì)出現(xiàn)較大數(shù)值，且數(shù)值的大小與瞬變的大小成正比。相角、頻率和頻率變化率的一次系數(shù)、二次系數(shù)的變化與幅值的類似，其中以頻率變化率的一次系數(shù)和二次系數(shù)的變化最為明顯，頻率變化率的一次系數(shù)的最大值是突變前的2.5倍。相角階躍時(shí)相角的系數(shù)與上述幅值階躍時(shí)的系數(shù)類似，不再贅述。步驟3、根據(jù)所得到的相量模型參數(shù)的行為規(guī)律，進(jìn)行信號(hào)類型識(shí)別，識(shí)別出電力信號(hào)的瞬變、不含噪聲的靜態(tài)、含噪聲的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)過程；在該步驟中，根據(jù)公式推導(dǎo)和仿真，可以得出不同信號(hào)條件下的相量模型參數(shù)各階系數(shù)規(guī)律，進(jìn)而提出信號(hào)類型的識(shí)別方法，識(shí)別出的瞬變過程包含突變或階躍，靜態(tài)過程包含或不包含噪聲，識(shí)別出的動(dòng)態(tài)過程包括調(diào)制和失步，具體來說可包括如下情況：1)由上述式(17)、式(18)可知，同時(shí)調(diào)制時(shí)的幅值一次系數(shù)m1和幅值二次系數(shù)m2是關(guān)于時(shí)間t的正弦波，且相角始終相差90度。如圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例所舉同時(shí)調(diào)制時(shí)的幅值一次系數(shù)及二次系數(shù)示意圖，由圖3仿真可以看出：幅值一次系數(shù)m1和幅值二次系數(shù)m2在一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)同時(shí)反復(fù)過零點(diǎn)。同時(shí)調(diào)制時(shí)的相角、頻率及頻率變化率與上述幅值系數(shù)類似，因此通過一次系數(shù)和二次系數(shù)在一段時(shí)間內(nèi)是否同時(shí)反復(fù)過零點(diǎn)，可以判斷該信號(hào)是否為同時(shí)調(diào)制的動(dòng)態(tài)信號(hào)。具體實(shí)現(xiàn)中，利用二階泰勒級(jí)數(shù)對(duì)7個(gè)初始相量模擬參數(shù)的非線性變化波形，可得到一組常數(shù)項(xiàng)、一次系數(shù)和二次系數(shù)。若判斷的時(shí)間窗一旦大于半個(gè)調(diào)制周期，則一次系數(shù)與二次系數(shù)會(huì)出現(xiàn)同時(shí)反復(fù)過零的情況，無法進(jìn)行判斷。pmu標(biāo)準(zhǔn)中最小調(diào)制周期為200ms，則時(shí)間段不應(yīng)大于100ms。但時(shí)間窗的選取也不宜過長，還應(yīng)考慮次同步振蕩時(shí)調(diào)制頻率更高。因此若計(jì)算頻率為400hz，采用了10組初始相量(25ms)做為判斷的時(shí)間窗長。若10組初始相量擬合的幅值一次系數(shù)和幅值二次系數(shù)沒有同時(shí)且反復(fù)過零點(diǎn)，則可以判斷該信號(hào)為同時(shí)調(diào)制的動(dòng)態(tài)信號(hào)。2)幅值、相角、頻率和頻率變化率的一次系數(shù)和幅值二次系數(shù)在瞬變前或后均為0，但在瞬變點(diǎn)均會(huì)出現(xiàn)較大數(shù)值，且數(shù)值的大小與瞬變的大小成正比，其中以頻率變化率的一次系數(shù)變化最為明顯。如圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例所述瞬變時(shí)頻率變化率的一次系數(shù)示意圖，由圖4仿真可以看出：瞬變前后，頻率變化率的一次系數(shù)為0，瞬變點(diǎn)附近，頻率變化率的一次系數(shù)出現(xiàn)較大數(shù)值。因此根據(jù)一段時(shí)間窗內(nèi)，頻率變化率一次系數(shù)最大值的差值是否發(fā)生瞬變，可以判斷該信號(hào)是否發(fā)生階躍。以第(n-10)組至第(n-1)組的共10組初始相量擬合的頻率變化率一次系數(shù)的最大值與第(n-9)組至第(n)組的共10組初始相量擬合的頻率變化率一次系數(shù)的最大值對(duì)比，若后者數(shù)值大于前者數(shù)值的2.5倍，則可判斷為第n組所在的點(diǎn)發(fā)生瞬變。3)若輸入信號(hào)為含白噪聲的靜態(tài)信號(hào)，其幅值一次系數(shù)和幅值二次系數(shù)均會(huì)發(fā)生振蕩，且振蕩大小與噪聲大小有關(guān)。由圖2可以看出：幅值一次系數(shù)m1和幅值二次系數(shù)m2在一段時(shí)間內(nèi)均會(huì)反復(fù)過零點(diǎn)。靜態(tài)含噪聲時(shí)的相角、頻率及頻率變化率與上述幅值系數(shù)類似，因此通過一次系數(shù)和二次系數(shù)在一段時(shí)間內(nèi)是否均多次過零點(diǎn)，可以判斷該信號(hào)是否為含噪聲的靜態(tài)信號(hào)。具體實(shí)現(xiàn)中，若10組初始相量擬合的一次系數(shù)和二次系數(shù)均多次過零點(diǎn)，則可以判斷出該信號(hào)為含噪聲的靜態(tài)信號(hào)。4)由上述式(9)可知，若輸入信號(hào)為靜態(tài)不含噪聲，且頻率為額定值，其幅值xm的常數(shù)項(xiàng)m0＝xm，幅值一次系數(shù)m1和幅值二次系數(shù)m2均為0。如圖5所示為本發(fā)明實(shí)施例所舉靜態(tài)不含噪聲時(shí)的幅值一次及二次系數(shù)示意圖，由圖5仿真可以看出：幅值一次系數(shù)m1和幅值二次系數(shù)m2始終是等于0的直線。靜態(tài)時(shí)的相角、頻率及頻率變化率與上述幅值系數(shù)類似。但在實(shí)際電力系統(tǒng)應(yīng)用中，由于數(shù)字濾波器等的使用，不存在靜態(tài)絕對(duì)不含噪聲的情況，與靜態(tài)含噪聲的情況類似。因此通過一次系數(shù)和二次系數(shù)在一段時(shí)間內(nèi)是否均多次過零點(diǎn)，可以判斷該信號(hào)是否為靜態(tài)信號(hào)。具體實(shí)現(xiàn)中，若10組初始相量擬合的幅值一次系數(shù)和幅值二次系數(shù)均多次過零點(diǎn)，則可以判斷出該信號(hào)為靜態(tài)信號(hào)。5)上述由式(23)、式(24)可知，當(dāng)發(fā)生大擾動(dòng)失步時(shí)，信號(hào)的頻率一次系數(shù)等于頻率變化率，頻率二次系數(shù)為0。如圖6所示為本發(fā)明實(shí)施例所舉失步時(shí)的頻率一次及二次系數(shù)示意圖，由圖6仿真可以看出：頻率一次系數(shù)是不為0的直線，頻率的二次系數(shù)始終是等于0的直線。在實(shí)際電力系統(tǒng)應(yīng)用中，由于數(shù)字濾波器等的使用，不存在頻率一次系數(shù)始終為非零的固定值，也不存在頻率的二次系數(shù)始終是等于0的情況，與靜態(tài)不含噪聲的原因類似。因此通過頻率的一次系數(shù)在一段時(shí)間內(nèi)，是否多次過非零的固定值，頻率的二次系數(shù)是否均多次過零點(diǎn)，可以判斷該信號(hào)是否失步。步驟4、針對(duì)識(shí)別出的電力信號(hào)的瞬變、不含噪聲的靜態(tài)、含噪聲的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)過程，分別進(jìn)行瞬變前后計(jì)算時(shí)間窗的自適應(yīng)構(gòu)建、噪聲抑制以及動(dòng)態(tài)相量補(bǔ)償。在該步驟中，針對(duì)電力信號(hào)的動(dòng)態(tài)過程所進(jìn)行的動(dòng)態(tài)相量補(bǔ)償具體為：利用二階泰勒級(jí)數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)相量輸入進(jìn)行擬合，獲得dft平均化效應(yīng)造成的量測(cè)誤差與泰勒級(jí)數(shù)二階系數(shù)的線性關(guān)系；利用所獲得的關(guān)系對(duì)初始量測(cè)相量進(jìn)行校準(zhǔn)，以進(jìn)行動(dòng)態(tài)精度補(bǔ)償，得到精確的動(dòng)態(tài)量測(cè)相量，消除平均化效應(yīng)產(chǎn)生的誤差。具體來說，首先利用最小二乘法計(jì)算動(dòng)態(tài)相量輸入的二階泰勒表達(dá)式的系數(shù)，得到初始頻率和頻率變化率(和)，并計(jì)算它們二階泰勒級(jí)數(shù)系數(shù)，其中動(dòng)態(tài)相量的所有參數(shù)根據(jù)二階泰勒級(jí)數(shù)系數(shù)重新計(jì)算；然后對(duì)初始動(dòng)態(tài)相量參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，得到和再根據(jù)對(duì)初始動(dòng)態(tài)相量的幅值進(jìn)行靜態(tài)補(bǔ)償?shù)玫讲⑼ㄟ^動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)得到精確的動(dòng)態(tài)量測(cè)相量上述針對(duì)電力信號(hào)含噪聲的靜態(tài)過程所進(jìn)行的噪聲抑制具體為：若判斷含噪聲的靜態(tài)信號(hào)未發(fā)生階躍，且該點(diǎn)的幅值、頻率和頻率變化率未經(jīng)過動(dòng)態(tài)精度補(bǔ)償，則對(duì)該段信號(hào)的幅值、頻率和頻率變化率進(jìn)行求平均并賦值，以減小白噪聲導(dǎo)致的幅值、頻率和頻率變化率計(jì)算誤差。舉例來說，以第n點(diǎn)為例，若判斷出該點(diǎn)未發(fā)生階躍，且該點(diǎn)的幅值未經(jīng)過動(dòng)態(tài)精度補(bǔ)償，則對(duì)第(n-7)至第n點(diǎn)共8個(gè)點(diǎn)的幅值求平均，并賦值給第n個(gè)點(diǎn)。即x’(n)＝[x(n-7)+x(n-6)+x(n-5)+x(n-4)+x(n-3)+x(n-2)+x(n-1)+x(n)]/8。還是以第n點(diǎn)為例，若判斷出該點(diǎn)未發(fā)生階躍，且該點(diǎn)的頻率未經(jīng)過動(dòng)態(tài)精度補(bǔ)償，則對(duì)第(n-7)至第n點(diǎn)共8個(gè)點(diǎn)的頻率和頻率變化率求平均，并賦值給第n個(gè)點(diǎn)。即f’(n)＝[f(n-7)+f(n-6)+f(n-5)+f(n-4)+f(n-3)+f(n-2)+f(n-1)+f(n)]/8,rocof’(n)＝[rocof(n-7)+rocof(n-6)+rocof(n-5)+rocof(n-4)+rocof(n-3)+rocof(n-2)+rocof(n-1)+rocof(n)]/8。在實(shí)際電力系統(tǒng)應(yīng)用中，由于數(shù)字濾波器等的使用，不存在絕對(duì)不含噪聲的靜態(tài)信號(hào)，因此靜態(tài)不含噪聲的算法與含白噪聲的靜態(tài)的算法一致；另外，信號(hào)發(fā)生失步的同時(shí)也會(huì)有噪聲的存在，因此在判斷出信號(hào)失步后，對(duì)信號(hào)的算法與靜態(tài)含白噪聲的算法一致，也就是對(duì)該段信號(hào)的幅值、頻率和頻率變化率進(jìn)行求平均并賦值，以減小白噪聲導(dǎo)致的幅值、頻率和頻率變化率計(jì)算誤差。上述針對(duì)電力信號(hào)瞬變的過程所進(jìn)行的瞬變前后計(jì)算時(shí)間窗的自適應(yīng)構(gòu)建具體為：對(duì)包含突變點(diǎn)的時(shí)間窗進(jìn)行重新構(gòu)建，對(duì)于時(shí)標(biāo)在突變點(diǎn)之前的相量，均使用突變前的量測(cè)相量；對(duì)于時(shí)標(biāo)在突變點(diǎn)之后的相量，均使用突變后的量測(cè)相量。具體實(shí)現(xiàn)中，可以根據(jù)一段時(shí)間窗內(nèi)，頻率變化率最大值的差值是否發(fā)生突變，即以第(n-9)組至第(n)組的共10組頻率變化率一次系數(shù)的最大值與第(n-10)組至第(n-1)組的共10組頻率變化率一次系數(shù)的最大值對(duì)比，若前者數(shù)值大于2.5倍的后者數(shù)值，判斷第n組所在的點(diǎn)發(fā)生突變。當(dāng)判斷出第n組所在的點(diǎn)發(fā)生突變后，不對(duì)該段信號(hào)的幅值、頻率、頻率變化率進(jìn)行求平均，以免造成計(jì)算誤差。同時(shí)對(duì)于第n組所在的包含突變點(diǎn)的時(shí)間窗進(jìn)行構(gòu)建，突變點(diǎn)位于時(shí)間窗中間點(diǎn)之后的位置，突變點(diǎn)至?xí)r間窗終點(diǎn)的點(diǎn)全部使用突變前的數(shù)值。隨著時(shí)間窗的后移，突變點(diǎn)位于時(shí)間窗中間點(diǎn)之前的位置，時(shí)間窗起點(diǎn)至突變點(diǎn)間的點(diǎn)全部使用突變后的數(shù)值。該處理方法可以解決時(shí)間窗長與量測(cè)精度矛盾的難題，在保證量測(cè)精度的同時(shí)，能夠快速地跟蹤電力信號(hào)瞬變現(xiàn)象。下面再以具體的實(shí)例對(duì)上述方法進(jìn)行仿真測(cè)試，在國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)q/gdw1131-2014《電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定了靜動(dòng)態(tài)測(cè)試以及相量量測(cè)最大誤差，以完整全面地模擬電力系統(tǒng)中靜動(dòng)態(tài)過程。本實(shí)施例提出的方法根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了包括頻率偏移、諧波影響、振蕩、失步及故障條件下的仿真。本方法的仿真誤差與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的誤差進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明本發(fā)明的方法在靜動(dòng)態(tài)條件下都可很好的滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，仿真結(jié)果所用算法的額定頻率為50hz，上傳頻率為100hz，采樣頻率為4000hz。1、頻率掃描測(cè)試不同電力系統(tǒng)的運(yùn)行模式將導(dǎo)致電力系統(tǒng)信號(hào)的實(shí)際頻率偏移其額定值。此外，故障亦會(huì)導(dǎo)致較大的頻率偏移。這里列出了本發(fā)明方法在不同程度的頻率偏移條件下的量測(cè)精度。輸入信號(hào)的電壓額定幅值為57.73v，電流額定幅值為1a，頻率以1hz的步長從45hz變?yōu)?5hz，且在每個(gè)頻率點(diǎn)保持穩(wěn)態(tài)。國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)q/gdw1131-2014《電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的頻率測(cè)試中規(guī)定最大的電壓幅值誤差為0.2％，最大的電壓相角誤差為0.5°，最大頻率誤差為0.002hz，最大頻率變化率誤差為0.01hz/s。相應(yīng)的測(cè)試結(jié)果如表1、表2及表3所示，可以看出本發(fā)明方法的量測(cè)精度遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求。表1頻率偏移影響測(cè)試-頻率偏移影響測(cè)試-電壓幅值誤差最大值統(tǒng)計(jì)表2頻率偏移影響測(cè)試-頻率偏移影響測(cè)試-電壓相角誤差最大值統(tǒng)計(jì)表3頻率偏移影響測(cè)試-頻率與頻率變化率誤差最大值統(tǒng)計(jì)2、諧波影響測(cè)試這里采用了在49.5hz、50hz及50.5hz的基波頻率上疊加幅值10％的二次、三次、五次、十三次、二十三次及二十五次諧波的電力系統(tǒng)信號(hào)來驗(yàn)證本發(fā)明方法的消除諧波的能力，標(biāo)準(zhǔn)中的誤差要求也在表中列出。表4、表5及表6列出了在包含不同諧波次數(shù)的信號(hào)下的量測(cè)誤差?？梢钥闯?，所有的誤差都遠(yuǎn)在標(biāo)準(zhǔn)誤差極限以下，所以本發(fā)明方法對(duì)諧波影響有較好的免疫能力。表4諧波影響測(cè)試-電壓幅值誤差最大值統(tǒng)計(jì)表5諧波影響測(cè)試-電壓相角誤差最大值統(tǒng)計(jì)表6諧波影響測(cè)試-頻率與頻率變化率誤差最大值統(tǒng)計(jì)3、帶外信號(hào)測(cè)試當(dāng)信號(hào)的變化頻率大于fs的奈奎斯特頻率時(shí)，會(huì)發(fā)生頻率混疊。帶外測(cè)試的目的是驗(yàn)證pmu的帶外信號(hào)抗混疊濾波器的濾波效果。測(cè)試的方法是在基波信號(hào)的基礎(chǔ)上疊加一個(gè)10％的帶外正弦信號(hào)?；ㄐ盘?hào)設(shè)定為50.5hz，所以疊加的信號(hào)頻率分別為100hz、110hz、120hz、130hz和150hz。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定帶外測(cè)試中幅值、相角、頻率的最大誤差為0.5％、1°和0.025hz。本發(fā)明方法的測(cè)試結(jié)果如表7、表8及表9所示，可以看出越靠近帶通邊緣的信號(hào)對(duì)量測(cè)精度影響越大，但是測(cè)試結(jié)果表明本發(fā)明方法可以有效地抑制帶外信號(hào)對(duì)量測(cè)精度的影響。表7帶外測(cè)試-電壓幅值誤差最大值統(tǒng)計(jì)表8帶外測(cè)試-電壓相角誤差最大值統(tǒng)計(jì)表9帶外測(cè)試-頻率與頻率變化率誤差最大值統(tǒng)計(jì)4、調(diào)制信號(hào)測(cè)試調(diào)制測(cè)試用來模擬電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)信號(hào)的幅值和相角的波動(dòng)波形。通常來說，電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的正序電壓信號(hào)的幅值與相角同時(shí)發(fā)生振蕩，且振蕩角度相差180°。在測(cè)試過程中，信號(hào)的幅值與相角以正弦波形發(fā)生變化。一般誤差在振蕩的波峰或波谷等非線性程度最大的地方最大。這里在49.5hz、50hz及50.5hz下，幅值調(diào)制深度為10％，相角調(diào)制深度為0.1rad，調(diào)制頻率從0.1hz、1hz、4hz和5hz進(jìn)行測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定最大幅值誤差為0.2％，最大相角誤差為0.5°，最大頻率誤差為0.3hz，最大頻率變化率誤差為3hz/s。本發(fā)明方法的測(cè)試結(jié)果如表10、表11及表12所示，可以看出，量測(cè)誤差隨著調(diào)制頻率的增大而增大，這是由于隨著調(diào)制頻率越大，信號(hào)在一個(gè)時(shí)間窗內(nèi)的變化也越來越快，不過相比于誤差要求，可證明本發(fā)明方法具有較為精確的動(dòng)態(tài)信號(hào)跟蹤能力。表10幅值與相角同時(shí)調(diào)制測(cè)試-電壓幅值誤差最大值統(tǒng)計(jì)表11幅值與相角同時(shí)調(diào)制測(cè)試-電壓相角誤差最大值統(tǒng)計(jì)表12幅值與相角同時(shí)調(diào)制測(cè)試-頻率與頻率變化率誤差最大值統(tǒng)計(jì)5、頻率斜坡測(cè)試頻率斜坡測(cè)試用來模擬電力系統(tǒng)失步過程，不同于頻率掃描測(cè)試，其基頻從45hz至55hz以1hz/s連續(xù)變化。通過測(cè)試可知，本發(fā)明方法可在持續(xù)變化的頻率下準(zhǔn)確的量測(cè)相量、頻率、頻率變化率，其各項(xiàng)誤差遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求，如表13、表14及表15所示。表13頻率斜坡測(cè)試-電壓幅值誤差最大值統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求(％)a相(％)b相(％)c相(％)正序(％)0.20.0500050.0500050.0500050.050005表14頻率斜坡測(cè)試-電壓相角誤差最大值統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求(°)a相(°)b相(°)c相(°)正序(°)0.50.050030.059890.026250.04512表15頻率斜坡測(cè)試-頻率與頻率變化率誤差最大值統(tǒng)計(jì)6、階躍測(cè)試當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生故障或者換線操作時(shí)，電壓與電流波形的幅值和相角會(huì)發(fā)生突變，適當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)跟蹤速度對(duì)其在電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全監(jiān)控至關(guān)重要。該測(cè)試中，輸入信號(hào)會(huì)分別發(fā)生10％幅值階躍和10°相角階躍。本發(fā)明方法的相應(yīng)時(shí)間如表16、表17及表18所示，可以看出，本發(fā)明方法可滿足相應(yīng)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)要求。表16階躍測(cè)試-電壓幅值響應(yīng)時(shí)間表17階躍測(cè)試-電壓相角響應(yīng)時(shí)間表18階躍測(cè)試-頻率與頻率變化率響應(yīng)時(shí)間綜上所述，利用本發(fā)明實(shí)施例所述方法無論在輸入靜態(tài)信號(hào)還是動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，都可以準(zhǔn)確且快速地進(jìn)行相量量測(cè)，其相量量測(cè)精度可以滿足國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)q/gdw1131-2014《電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的要求。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁12