本發(fā)明是關(guān)于一種電力系統(tǒng)同步相量快速計算方法，涉及電力系統(tǒng)自動測量
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：近年來，以同步相量測量裝置(PhasorMeasurementUnit，PMU)為基礎(chǔ)的廣域測量系統(tǒng)在電力系統(tǒng)動態(tài)過程監(jiān)視、在線辨識、安全穩(wěn)定分析以及廣域控制等領(lǐng)域中得到廣泛的應用。隨著廣域測量系統(tǒng)應用研究的不斷深入，PMU對同步相量測量的要求越來越高，其相量算法的準確性將直接影響到相關(guān)應用功能的可靠性。傳統(tǒng)DFT(DiscreteFourierTransform，離散傅里葉變換)算法，在頻率偏移額定頻率時，由于頻譜泄漏精度難以滿足要求。目前已有僅僅通過兩個數(shù)據(jù)窗對DFT計算結(jié)果進行修正的相量測量算法，相對于傳統(tǒng)的DFT算法，該算法較大地提高了計算精度，但是由于簡化過程所做近似較大，在頻率偏差較大時同樣難以滿足精度要求。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠顯著提高相量計算精度的電力系統(tǒng)同步相量快速計算方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種電力系統(tǒng)同步相量快速計算方法，其特征在于包括以下步驟：1)初始化，確定每周波采樣點數(shù)N以及兩相鄰數(shù)據(jù)窗相隔點數(shù)l；2)判斷是否達到電力信號相量計算間隔時間，如果是，則進入步驟3)，否，則繼續(xù)等待；3)對電力信號進行建模；4)對電力信號進行每周波N點采樣，得離散化電力信號，對離散化電力信號加數(shù)據(jù)窗后進行DFT變換，并對DFT變換后的電力信號的相量進行校正；5)對相隔l點的另一數(shù)據(jù)窗內(nèi)的電力信號進行DFT計算，結(jié)合電力信號模型，通過計算電力模型參數(shù)，進而得到校正后電力信號的相量和頻率。進一步地，對電力信號進行建模，得到電力信號x(t)的表達式：x(t)=P(t)ej2πf0t+P*(t)e-j2πf0t]]>式中，P(t)表示電力信號的動態(tài)相量，P(t)＝a(t)ejθ(t)，a(t)和θ(t)分別表示電力信號幅值和相角的多項式，f0為額定頻率，假設計算周期內(nèi)幅值恒定，頻率偏差恒定，即a(t)＝a，θ(t)＝θ0+θ1t，其中，模型參數(shù)a、θ0和θ1均為常數(shù)。進一步地，4)對電力信號進行每周波N點采樣，得離散化電力信號，對離散化電力信號加數(shù)據(jù)窗后進行DFT變換，并對DFT變換后的電力信號的相量進行校正：X=acejθc=aejθ0·ejθ1(N-1)2Nf0·A·(1+e-jC·B)]]>式中，a和θ0分別表示校正后電力信號的幅值和相角；ac和θc分別表示校正前通過DFT變換得到的電力信號的幅值和相角；其中，A、B、C分別表示：A=1Nsin(θ12f0)/sin(θ12Nf0)B=sin(θ12Nf0)/sin(θ1+4πf02Nf0)C=2θ0+(2πf0+θ1)(N-1)Nf0---(1)]]>通過泰勒級數(shù)展開可近似為：A≈24f02-θ1224f02]]>B≈3N2·θ14π(3N2-2π2)·f0+(3N2-6π2)·θ1]]>(1+e-jC·B)≈1+B2+2BcosC·e-jBsinC1+BcosC---(2)]]>基于上述公式，可以得到校正后電力信號相量與校正前DFT變換直接計算相量的關(guān)系：a≈ac24f02-θ1224f02·1+B2+2BcosC---(3)]]>θ0≈θc+D-θ1(N-1)2Nf0---(4)]]>式中，D＝BsinC/(1+BcosC)對D進行泰勒展開并舍去高次項后得：D=Bsin(2θc-2πN)1-Bcos(2θc-2πN).]]>進一步地，5)對相隔l點的另一數(shù)據(jù)窗內(nèi)的電力信號進行DFT計算，結(jié)合電力信號模型，通過計算電力模型參數(shù)，進而得到校正后電力信號的相量和頻率，具體過程為：首先得到關(guān)于B的一元二次方程：E·B2+F·B+G＝0式中：E=12(sin(4θc-4πN)-sin(4θcl-4πN))-L(sin(2θc-2πN)-sin(2θcl-2πN))]]>F=sin(2θc-2πN)-sin(2θcl-2πN)-(θc-θcl)L+2πNlL-2πlNf0H]]>G=θc-θcl-2πNl]]>H=2π(6N2-4π2)3N2]]>L=1-2π2N2]]>式中，θcl表示相隔l點的數(shù)據(jù)窗內(nèi)電力信號校正前DFT計算相角；通過上式可求得：進而求得將θ1代入公式(4)求得校正后電力信號的相角θ0；將θ0和θ1代入公式(3)求得校正電力信號幅值a；校正后電力信號頻率f＝f0+θ1/(2π)。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明根據(jù)國家標準或者現(xiàn)場實際的特定精度要求進行泰勒級數(shù)展開簡化，并通過兩相鄰數(shù)據(jù)窗DFT結(jié)果進行校正，運算量少，且抑制諧波能力強，從而顯著提高相量計算精度。2、采用本發(fā)明在頻率偏差較大時，其穩(wěn)態(tài)精度指標依然滿足國標《電力系統(tǒng)同步相量測量裝置檢測規(guī)范》和IEEEC37.118.1標準要求。本發(fā)明可以廣泛應用于電力系統(tǒng)同步相量快速計算中。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例的測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明電力系統(tǒng)同步相量快速計算方法流程示意圖；圖3是本發(fā)明方法實施例的算法流程示意圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖來對本發(fā)明進行詳細的描繪。然而應當理解，附圖的提供僅為了更好地理解本發(fā)明，它們不應該理解成對本發(fā)明的限制。如圖1所示，本發(fā)明的電力系統(tǒng)同步相量快速計算方法可以基于各種測量裝置進行實現(xiàn)，在此不再贅述。本發(fā)明實施例的測量裝置包括PMU裝置和三相電壓電流互感器，PMU裝置通過二次電壓電流互感器將大電壓(額定電壓100V)或大電流信號(額定電壓5A)轉(zhuǎn)換為小電壓信號(電壓范圍0至5V)，通過AD模塊對小電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，DSP處理器根據(jù)GPS的秒脈沖對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的小電壓數(shù)字信號進行時間同步的等間隔采樣，其中，本實施例的DSP處理器可以采用浮點DSP處理器，但是不限于此。如圖2所示，本發(fā)明提供的電力系統(tǒng)同步相量快速計算方法，包括以下內(nèi)容：1、初始化，確定每周波(每周波可以為20ms，但是不限于此)采樣點數(shù)N，兩相鄰數(shù)據(jù)窗相隔點數(shù)l。2、判斷是否達到電力信號相量(幅值和相角)計算間隔時間，如果是，則進入步驟3，否，則繼續(xù)等待。3、對電力信號x(t)進行建模，得到電力信號x(t)的表達式：x(t)=P(t)ej2πf0t+P*(t)e-j2πf0t]]>式中，P(t)表示電力信號的動態(tài)相量，P(t)＝a(t)ejθ(t)，a(t)和θ(t)分別表示電力信號幅值和相角的多項式，f0為額定頻率。假設計算周期內(nèi)幅值恒定，頻率偏差恒定，即a(t)＝a，θ(t)＝θ0+θ1t，其中，模型參數(shù)a、θ0和θ1均為常數(shù)。4、對電力信號x(t)進行每周波N點采樣，得離散化電力信號，對離散化電力信號加數(shù)據(jù)窗后進行DFT變換，并對DFT變換后的電力信號的相量進行校正：X=acejθc=aejθ0·ejθ1(N-1)2Nf0·A·(1+e-jC·B)]]>式中，a和θ0分別表示校正后電力信號的幅值和相角；ac和θc分別表示校正前通過DFT變換得到的電力信號的幅值和相角；其中，A、B、C分別表示：A=1Nsin(θ12f0)/sin(θ12Nf0)B=sin(θ12Nf0)/sin(θ1+4πf02Nf0)C=2θ0+(2πf0+θ1)(N-1)Nf0---(1)]]>通過泰勒級數(shù)展開可近似為：A≈24f02-θ1224f02]]>B≈3N2·θ14π(3N2-2π2)·f0+(3N2-6π2)·θ1]]>(1+e-jC·B)≈1+B2+2BcosC·e-jBsinC1+BcosC---(2)]]>基于上述公式，可以得到校正后電力信號相量與校正前DFT變換直接計算相量的關(guān)系：a≈ac24f02-θ1224f02·1+B2+2BcosC---(3)]]>θ0≈θc+D-θ1(N-1)2Nf0---(4)]]>式中，D＝BsinC/(1+BcosC)對D進行泰勒展開并舍去高次項后得：D=Bsin(2θc-2πN)1-Bcos(2θc-2πN).]]>5、對相隔l點的另一數(shù)據(jù)窗內(nèi)的電力信號進行DFT計算，結(jié)合電力信號模型，通過計算電力模型參數(shù)，進而得到校正后電力信號的相量和頻率，具體為：首先得到關(guān)于B的一元二次方程：E·B2+F·B+G＝0式中：E=12(sin(4θc-4πN)-sin(4θcl-4πN))-L(sin(2θc-2πN)-sin(2θcl-2πN))]]>F=sin(2θc-2πN)-sin(2θcl-2πN)-(θc-θcl)L+2πNlL-2πlNf0H]]>G=θc-θcl-2πNl]]>H=2π(6N2-4π2)3N2]]>L=1-2π2N2]]>式中，θcl表示相隔l點的數(shù)據(jù)窗內(nèi)電力信號校正前DFT計算的相角。通過上式可求得：進而求得將θ1代入公式(4)求得校正后電力信號的相角θ0；將θ0和θ1代入公式(3)的計算公式，求得校正后電力信號幅值a，校正后電力信號頻率f＝f0+θ1/(2π)。為了進一步驗證本發(fā)明的電力系統(tǒng)同步相量快速計算方法的正確性，下面通過具體實施例對本發(fā)明方法進行仿真測試，仿真過程中采樣頻率為6400Hz等間隔采樣，兩相鄰數(shù)據(jù)窗的間隔取為64點。1、頻率偏差測試電力系統(tǒng)在不同運行模式下，實際頻率將偏移額定頻率。特別是在發(fā)生故障時，將會導致較大的頻率偏差。為了測試相量測量方法在實際頻率偏離額定頻率時的性能，國標《電力系統(tǒng)同步相量測量裝置檢測規(guī)范》規(guī)定頻率測量范圍是45Hz～55Hz，在基波頻率偏離額定值5Hz時，電壓、電流幅值測量誤差改變量應小于額定頻率時測量誤差極限值的100％，相角測量誤差改變量應不大于1°。表1為本發(fā)明在頻率偏離額定頻率5Hz時的測試結(jié)果。從表1中可以看出，本發(fā)明的量測精度遠高于標準要求。表1頻率偏差為5Hz時相量測試結(jié)果最大誤差平均絕對誤差均方根誤差角度誤差-0.0022°0.0009°0.0012°幅值誤差0.0072％0.0071％0.0071％2、頻率斜坡響應測試頻率變化率是系統(tǒng)解列的重要依據(jù)，也是系統(tǒng)切機和切負荷時的重要參數(shù)。IEEEC37.118.1中在頻率斜坡測試中對測量級PMU的規(guī)定是：最大的綜合矢量誤差為1％，最大頻率誤差為0.01Hz，最大頻率變化率誤差為0.2Hz/s。本發(fā)明方法在頻率偏差5Hz，頻率變化率1Hz/s的斜坡測試信號下，誤差統(tǒng)計結(jié)果如表2所示，可以看出各項指標均滿足IEEE標準。表2頻率斜坡響應測試結(jié)果最大誤差平均絕對誤差均方根誤差角度誤差(°)0.05370.04460.0449幅值誤差(％)-0.0120％0.0069％0.0077％頻率誤差(Hz)0.001050.001020.00102頻率變化率誤差(Hz/s)0.008810.008710.00870上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，其中方法的各實施步驟等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發(fā)明的保護范圍之外。當前第1頁1 2 3