一種適用于頻率偏移的電力系統(tǒng)相量計算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于頻率偏移的電力系統(tǒng)相量計算方法，包括以下步驟：對三相信號進行同步定時間間隔離散化采樣，對采樣值序列進行低通濾波，并對系統(tǒng)頻率進行實時精確測量，得到系統(tǒng)頻率f；根據(jù)不同的系統(tǒng)狀態(tài)以及系統(tǒng)頻率范圍，分別選擇定窗長傅里葉變換算法、變窗長傅里葉變換算法、相量修正正序補償算法或者變窗長正序補償算法來計算相量的幅值和相角。本發(fā)明有益效果：只取一個周期的采樣數(shù)據(jù)，內(nèi)存占用小；三相數(shù)據(jù)可以并行運算，計算速度快；精度非常高，相角誤差在0.1°以內(nèi)，幅值誤差在0.1%以內(nèi)。適合于能夠得到準確頻率值、要求相量測量精度高、計算速度快的場合。該方法適用于當前智能電網(wǎng)對相量的測量要求。
【專利說明】一種適用于頻率偏移的電力系統(tǒng)相量計算方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)中的相量測量【技術領域】，具體涉及一種電力系統(tǒng)中適用于頻率偏移情況下的高精度相量計算方法。
【背景技術】
[0002]電力系統(tǒng)中的相量是一個重要的觀測量，它包括幅值和相位。電力系統(tǒng)安全自動裝置要實時測量其值，并根據(jù)電壓、電流的相量變化做出相應的控制措施。當前智能化變電站中普遍采用PMU對電力系統(tǒng)的電壓、電流相量進行測量，計算方法幾乎均是基于傅里葉變換來計算幅值和相位。由于電力系統(tǒng)實際的頻率是波動的，不能持續(xù)穩(wěn)定地保持在工頻50Hz，傳統(tǒng)的鎖相處理技術已經(jīng)不再適用于一塊A/D轉(zhuǎn)換器對頻率不同的多路相量進行A/D采樣。同時《電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術規(guī)范》要求，PMU采樣頻率是常量，當頻率偏移50Hz時，采樣頻率不是信號頻率的整數(shù)倍，在這種情況下使用傳統(tǒng)傅里葉算法會產(chǎn)生很大的誤差。因此必須對傅里葉變換所得結果進行修正，減小測量誤差。
[0003]隨著電力系統(tǒng)不斷地發(fā)展完善，對相量測量的精度要求也大大地提高。而當前的相量算法要么為了滿足精度，使傅里葉變換后的修正非常麻煩，計算量很大；要么為了滿足計算速度，犧牲測量精度。目前仍沒有合適的算法能夠在顧及計算成本的基礎上，滿足實際的相量測量精度，并且適用于嚴重頻率偏移以及各種系統(tǒng)運行方式情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提出了一種適用于頻率偏移的電力系統(tǒng)相量計算方法，本方法利用電力系統(tǒng)中的三相采樣數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的系統(tǒng)狀態(tài)以及頻率范圍，選擇相應的修正公式以及采樣窗長，實現(xiàn)高精度的相量快速實時測量。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0006]一種適用于頻率偏移的電力系統(tǒng)相量計算方法，包括以下步驟:
[0007](I)對三相信號進行同步定時間間隔離散化采樣，對采樣值序列進行低通濾波，并對系統(tǒng)頻率進行實時精確測量，得到系統(tǒng)頻率f。
[0008](2)根據(jù)不同的系統(tǒng)狀態(tài)以及系統(tǒng)頻率范圍，分別選擇定窗長傅里葉變換算法、變窗長傅里葉變換算法、相量修正正序補償算法或者變窗長正序補償算法來計算相量的幅值和相角。
[0009]所述步驟(2)的具體方法為:
[0010]系統(tǒng)頻率值在50.0OHz±0.0lHz范圍內(nèi)時，直接采用離散傅里葉變換算法:將單相采樣序列進行離散傅里葉變換，選取采樣窗長為工頻下每周期固定采樣點數(shù)N，得到的相量X即為測量結果。
[0011]當電力系統(tǒng)三相平衡，即系統(tǒng)只包含正序分量，且系統(tǒng)頻率在50.00Hz±0.0lHz所述范圍以外時，采用相量修正正序補償算法:將三相采樣序列分別進行離散傅里葉變換，選取采樣窗長為工頻下每周期固定采樣點數(shù)N，得到對應同一時刻的三個相量ΧΑ’、ΧΒ’、Χ?！?，根據(jù)三相相量求取正序分量X1;對向量X1進行修正，得到最終的測量結果X。
[0012]當電力系統(tǒng)三相平衡，即系統(tǒng)只包含正序分量，且系統(tǒng)頻率在50.00Hz±0.01Hz所述范圍以外時，還可以采用變窗長離散傅里葉變換算法:將單相采樣值序列進行離散傅里葉變換，選取采樣窗長為M，得到的相量X即為測量結果，其中M為正整數(shù)。
[0013]所述步驟(2)的具體方法為:
[0014]當電力系統(tǒng)三相不平衡，即系統(tǒng)包含正序分量、負序分量和/或零序分量，且系統(tǒng)
頻率滿足
【權利要求】
1.一種適用于頻率偏移的電力系統(tǒng)相量計算方法，其特征是，包括以下步驟: (1)對三相信號進行同步定時間間隔離散化采樣，對采樣值序列進行低通濾波，并對系統(tǒng)頻率進行實時精確測量，得到系統(tǒng)頻率f; (2)根據(jù)電力系統(tǒng)三相是否平衡以及電力系統(tǒng)頻率范圍的不同，分別選擇定窗長傅里葉變換算法、變窗長傅里葉變換算法、相量修正正序補償算法或者變窗長正序補償算法來計算相量的幅值和相角。
2.如權利要求1所述的一種適用于頻率偏移的電力系統(tǒng)相量計算方法，其特征是，所述步驟(2)的具體方法為: 系統(tǒng)頻率值在50.0OHz±0.01Hz范圍內(nèi)時，直接采用離散傅里葉變換算法:將單相采樣序列進行離散傅里葉變換，選取采樣窗長為工頻下每周期固定采樣點數(shù)N，得到的相量X即為測量結果。
3.如權利要求1所述的一種適用于頻率偏移的電力系統(tǒng)相量計算方法，其特征是，所述步驟(2)的具體方法為: 當電力系統(tǒng)三相平衡，即系統(tǒng)只包含正序分量，且系統(tǒng)頻率在50.00Hz±0.01Hz所述范圍以外時，采用相量修正正序補償算法:將三相采樣序列分別進行離散傅里葉變換，選取采樣窗長為工頻下每周期固定采樣點數(shù)N，得到對應同一時刻的三個相量XA’、XB’、X?！鶕?jù)三相相量求取正序分量X1 ;對向量X1進行修正，得到最終的測量結果X。
4.如權利要求1或3所述的一種適用于頻率偏移的電力系統(tǒng)相量計算方法，其特征是，當電力系統(tǒng)三相平衡，即系統(tǒng)只包含正序分量，且系統(tǒng)頻率在50.00Hz±0.01Hz所述范圍以外時，還可以采用變窗長離散傅里葉變換算法:將單相采樣值序列進行離散傅里葉變換，選取采樣窗長為M，得到的相量X即為測量結果，其中M為正整數(shù)。
5.如權利要求1所述的一種適用于頻率偏移的電力系統(tǒng)相量計算方法，其特征是，所述步驟(2)的具體方法為: 當電力系統(tǒng)三相不平衡，即系統(tǒng)包含正序分量、負序分量和/或零序分量，且系統(tǒng)頻率滿足NFO/M±0.01ΗΖ時，采用變窗長離散傅里葉變換算法:將單相采樣值序列進行離散傅里 葉變換，選取采樣窗長為Μ，得到的相量X即為測量結果，其中M為正整數(shù)。
6.如權利要求1所述的一種適用于頻率偏移的電力系統(tǒng)相量計算方法，其特征是，所述步驟(2)的具體方法為: 當電力系統(tǒng)三相不平衡，即系統(tǒng)包含正序分量、負序分量和/或零序分量，且系統(tǒng)頻率 Mf在t ± 0_01 HZ范圍以外時，采用變窗長正序補償算法: 根據(jù)系統(tǒng)頻率f確定采樣窗長M，將三相采樣序列分別進行采樣窗長為M的離散傅里葉變換，得到對應同一時刻的三個相量V、XB’、Xc’ ； 根據(jù)三個相量V、XB’、XC’求取正序分量X1，對向量X1進行修正，修正后的相量X即為測量結果。
7.如權利要求2-6所述的任一種適用于頻率偏移的電力系統(tǒng)相量計算方法，其特征是，所述將采樣序列進行離散傅里葉變換方法為:
8.如權利要求3或6所述的一種適用于頻率偏移的電力系統(tǒng)相量計算方法，其特征是，所述求取正序分量的方法為: 假設以A相為基準相，則
9.如權利要求3或6所述的一種適用于頻率偏移的電力系統(tǒng)相量計算方法，其特征是，所述對正序向量X1進行修正的方法為:
10.如權利要求4-6所述的任一種適用于頻率偏移的電力系統(tǒng)相量計算方法，其特征是，所述采樣窗長M的確定方法為:
【文檔編號】G01R25/00GK103884910SQ201410142911
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權日:2014年4月10日
【發(fā)明者】劉世明, 郭韜, 吳聚昆, 李建輝, 王仲哲, 肖邁 申請人:山東大學