本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量
技術(shù)領(lǐng)域：
，是一種基于校驗(yàn)的同步相量自適應(yīng)計(jì)算方法，特別涉及一種高精度和快速響應(yīng)的同步相量測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
：近年來(lái)，以同步相量測(cè)量裝置(phasormeasurementunit，PMU)為基礎(chǔ)的廣域測(cè)量系統(tǒng)在電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程監(jiān)視、在線辨識(shí)、安全穩(wěn)定分析以及廣域控制等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。隨著廣域測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用研究的不斷深入，PMU裝置對(duì)同步相量測(cè)量的要求越來(lái)越高，其相量算法的準(zhǔn)確性和快速性將直接影響到相關(guān)應(yīng)用功能的可靠性。已有基于DFT(DiscreteFourierTransform，離散傅里葉變換)的修正算法，相對(duì)于傳統(tǒng)DFT算法，較大的提高了計(jì)算精度，但對(duì)突變等動(dòng)態(tài)過(guò)程響應(yīng)速度有限，且在幅值時(shí)刻變化時(shí)難以滿足精度要求。而已有基于頻域動(dòng)態(tài)模型的算法，利用同一數(shù)據(jù)窗不同頻點(diǎn)濾波器的響應(yīng)來(lái)修正DFT的估計(jì)結(jié)果，提高了對(duì)突變等動(dòng)態(tài)過(guò)程的響應(yīng)速度，但此算法存在噪聲和諧波抑制能力弱，且在故障過(guò)程中精度低的問(wèn)題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種基于校驗(yàn)的同步相量自適應(yīng)計(jì)算方法，該方法對(duì)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)情況，分別設(shè)計(jì)了穩(wěn)態(tài)算法和動(dòng)態(tài)算法兩種不同計(jì)算模式，通過(guò)反推校驗(yàn)實(shí)現(xiàn)二者間的自適應(yīng)切換，以同時(shí)兼顧穩(wěn)態(tài)情況的計(jì)算精度及暫態(tài)情況的動(dòng)態(tài)性能要求。本發(fā)明方法可在不同情況下，通過(guò)校驗(yàn)實(shí)現(xiàn)計(jì)算模式自適應(yīng)切換，可以兼顧快速響應(yīng)和高精度的要求。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明的基于校驗(yàn)的同步相量自適應(yīng)計(jì)算方法，包括以下步驟：(1)初始化，確定每周波采樣點(diǎn)數(shù)N，穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)算法的電力信號(hào)模型中幅值和相角的階數(shù)K，穩(wěn)態(tài)算法中兩數(shù)據(jù)窗的間隔l點(diǎn)；(2)信號(hào)建模，該方法采用復(fù)信號(hào)P(t)表示電力信號(hào)的動(dòng)態(tài)相量為P(t)＝a(t)ejθ(t)，電力信號(hào)x(t)表示為：式中：a(t)和θ(t)分別表示電力信號(hào)幅值和相角的多項(xiàng)式；f0為額定頻率；穩(wěn)態(tài)算法模型假設(shè)計(jì)算周期內(nèi)幅值恒定，頻率偏差恒定，即a(t)＝a，θ(t)＝θ0+θ1t；動(dòng)態(tài)算法中為更好反映信號(hào)的動(dòng)態(tài)特征，假設(shè)相量模型中幅值和相角均為K階模型，即(3)通過(guò)兩個(gè)數(shù)據(jù)窗數(shù)據(jù)的DFT(DiscreteFourierTransform，離散傅里葉變換)結(jié)果，求解電力信號(hào)的同步相量，模型參數(shù)：校正后相角：校正后幅值：式中：θc和θcl為校正前兩數(shù)據(jù)窗分別計(jì)算角度，ac為校正前DFT計(jì)算的幅值，(4)通過(guò)比較反推值和實(shí)測(cè)值，校驗(yàn)計(jì)算結(jié)果是否正確，如果校驗(yàn)通過(guò)則結(jié)束，若未通過(guò)則說(shuō)明當(dāng)前可能處于突變等動(dòng)態(tài)過(guò)程，進(jìn)入步驟(5)；(5)假設(shè)電力信號(hào)為K階模型，采用已有動(dòng)態(tài)算法求解同步相量，如通過(guò)基于同一數(shù)據(jù)窗各諧波含量計(jì)算同步相量的方法；(6)同步驟(4)，校驗(yàn)動(dòng)態(tài)算法計(jì)算結(jié)果是否正確，若校驗(yàn)通過(guò)則使用動(dòng)態(tài)算法的結(jié)果作為最終結(jié)果，如果校驗(yàn)未通過(guò)則可能故障發(fā)生在本數(shù)據(jù)窗內(nèi)等動(dòng)態(tài)算法同樣無(wú)法處理的情況，為避免波動(dòng)較大仍使用穩(wěn)態(tài)算法結(jié)果。上述步驟(4)的具體地校驗(yàn)過(guò)程為：通過(guò)計(jì)算得到的相量，反推各采樣點(diǎn)的理論計(jì)算值，并與實(shí)際測(cè)得的點(diǎn)進(jìn)行比較，若總偏差較小，則校驗(yàn)通過(guò)。本發(fā)明針對(duì)穩(wěn)態(tài)算法，由校正后θ0、θ1和a，反推各抽取點(diǎn)理論計(jì)算值，抽取點(diǎn)的密度根據(jù)實(shí)際情況確定。本發(fā)明抽取點(diǎn)的理論計(jì)算值為：xc(ni)=acos(θ0+niθ1Nf0+2πniN)]]>式中：ni(i＝1,2,···,L)為所抽取點(diǎn)，且1≤ni≤N；xc(ni)為所抽取點(diǎn)的理論計(jì)算值；理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間的總偏差為：ϵ=Σi=1L|xc(ni)-xm(ni)|]]>式中：xm(ni)對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)實(shí)測(cè)值。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明在同時(shí)考慮PMU算法快速性和準(zhǔn)確性要求下，提出一種基于校驗(yàn)的同步相量自適應(yīng)計(jì)算方法，在穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)情況下自適應(yīng)采用不同的計(jì)算模式。本發(fā)明測(cè)量方法對(duì)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)情況，分別設(shè)計(jì)了穩(wěn)態(tài)算法和動(dòng)態(tài)算法兩種不同計(jì)算模式，通過(guò)反推校驗(yàn)實(shí)現(xiàn)二者間的自適應(yīng)切換，從而同時(shí)兼顧穩(wěn)態(tài)情況的計(jì)算精度及暫態(tài)情況的動(dòng)態(tài)性能要求。本發(fā)明針對(duì)已有算法無(wú)法同時(shí)兼顧穩(wěn)態(tài)情況的計(jì)算精度及暫態(tài)情況的動(dòng)態(tài)性能問(wèn)題，本發(fā)明方法可在不同情況下，通過(guò)校驗(yàn)實(shí)現(xiàn)計(jì)算模式自適應(yīng)切換，可以兼顧快速響應(yīng)和高精度的要求。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明方法的流程示意圖。圖2為本發(fā)明方法實(shí)施例中的算法流程示意圖。圖3為本發(fā)明方法的仿真測(cè)試中階躍響應(yīng)示意圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。本發(fā)明提出來(lái)的基于校驗(yàn)的同步相量自適應(yīng)計(jì)算方法，可以采用多種硬件方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述。本發(fā)明所提出的測(cè)量算法流程如圖1所示，其中PMU算法的流程如圖2所示。測(cè)量方法包括以下步驟：(1)初始化，確定每周波采樣點(diǎn)數(shù)N，穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)算法的電力信號(hào)模型中幅值和相角的階數(shù)K，穩(wěn)態(tài)算法中兩數(shù)據(jù)窗的間隔l點(diǎn)。(2)信號(hào)建模，該方法采用復(fù)信號(hào)P(t)表示電力信號(hào)的動(dòng)態(tài)相量為P(t)＝a(t)ejθ(t)，電力信號(hào)x(t)可以表示為：式中：a(t)和θ(t)分別表示電力信號(hào)幅值和相角的多項(xiàng)式；f0為額定頻率。穩(wěn)態(tài)算法模型假設(shè)計(jì)算周期內(nèi)幅值恒定，頻率偏差恒定，即a(t)＝a，θ(t)＝θ0+θ1t。動(dòng)態(tài)算法中為更好反映信號(hào)的動(dòng)態(tài)特征，假設(shè)相量模型中幅值和相角均為K階模型，即(3)通過(guò)兩個(gè)數(shù)據(jù)窗數(shù)據(jù)的DFT結(jié)果，求解電力信號(hào)的同步相量。模型參數(shù)：校正后相角：校正后幅值：式中：θc和θcl為校正前兩數(shù)據(jù)窗分別計(jì)算角度，ac為校正前DFT計(jì)算的幅值，(4)通過(guò)比較反推值和實(shí)測(cè)值，校驗(yàn)計(jì)算結(jié)果是否正確，如果校驗(yàn)通過(guò)則結(jié)束，若未通過(guò)則說(shuō)明當(dāng)前可能處于突變等動(dòng)態(tài)過(guò)程，進(jìn)入(5)；具體地校驗(yàn)過(guò)程為：通過(guò)計(jì)算得到的相量，反推各采樣點(diǎn)的理論計(jì)算值，并與實(shí)際測(cè)得的點(diǎn)進(jìn)行比較，若總偏差較小，則校驗(yàn)通過(guò)。針對(duì)穩(wěn)態(tài)算法，由校正后θ0、θ1和a，反推各抽取點(diǎn)理論計(jì)算值，抽取點(diǎn)的密度根據(jù)實(shí)際情況確定。抽取點(diǎn)的理論計(jì)算值為：xc(ni)=acos(θ0+niθ1Nf0+2πniN)]]>式中：ni(i＝1,2,···,L)為所抽取點(diǎn)，且1≤ni≤N；xc(ni)為所抽取點(diǎn)的理論計(jì)算值。理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間的總偏差為：ϵ=Σi=1L|xc(ni)-xm(ni)|]]>式中：xm(ni)對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)實(shí)測(cè)值。(5)假設(shè)電力信號(hào)為K階模型，采用已有動(dòng)態(tài)算法求解同步相量，如通過(guò)基于同一數(shù)據(jù)窗各諧波含量計(jì)算同步相量的方法。(6)同步驟(4)，校驗(yàn)動(dòng)態(tài)算法計(jì)算結(jié)果是否正確，若校驗(yàn)通過(guò)則使用動(dòng)態(tài)算法的結(jié)果作為最終結(jié)果。如果校驗(yàn)未通過(guò)則可能故障發(fā)生在本數(shù)據(jù)窗內(nèi)等動(dòng)態(tài)算法同樣無(wú)法處理的情況，為避免波動(dòng)較大仍使用穩(wěn)態(tài)算法結(jié)果。為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明方法，下面對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)行仿真測(cè)試。仿真過(guò)程中算法的采樣率為6400Hz等間隔采樣。1、頻率偏差測(cè)試為了測(cè)試相量測(cè)量算法在頻率偏離額定頻率時(shí)的性能，國(guó)標(biāo)《電力系統(tǒng)同步相量測(cè)量裝置檢測(cè)規(guī)范》規(guī)定頻率測(cè)量范圍是45Hz至55Hz，在基波頻率偏離額定值5Hz時(shí)，電壓、電流幅值測(cè)量誤差改變量應(yīng)小于額定頻率時(shí)測(cè)量誤差極限值的100％，相角測(cè)量誤差改變量應(yīng)不大于1°。表1為本發(fā)明方法在頻率偏離額定頻率5Hz時(shí)的測(cè)試結(jié)果。可以看出，本發(fā)明方法的量測(cè)精度高于標(biāo)準(zhǔn)要求。表1頻率偏差為5Hz時(shí)相量測(cè)試結(jié)果最大誤差平均絕對(duì)誤差均方根誤差角度誤差-0.02°0.0174°0.0175°幅值誤差0.014％0.0092％0.0097％2、為測(cè)試算法對(duì)突變等動(dòng)態(tài)過(guò)程的響應(yīng)性能，參考國(guó)標(biāo)《電力系統(tǒng)同步相量測(cè)量裝置檢測(cè)規(guī)范》，施加90°相角階躍信號(hào)：x(t)=acos(2πf0t+π/6),t<40msacos(2πf0t+π/6+π/2),t≥40ms]]>本發(fā)明方法測(cè)試結(jié)果如圖3所示，可以看出，本發(fā)明方法的階躍響應(yīng)時(shí)間為20ms明顯快于國(guó)標(biāo)規(guī)定的30ms。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3