本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護及控制測量技術領域，具體涉及一種電力系統(tǒng)頻率測量方法及裝置。

背景技術：

頻率是電力系統(tǒng)的重要電氣參數(shù)之一，對電力系統(tǒng)頻率測量算法的研究在理論和實際中都有重要的意義。電力系統(tǒng)正常運行時，頻率是衡量電能質量的一個重要指標，電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，頻率是判斷系統(tǒng)故障的重要依據。

目前，電力系統(tǒng)中的設備都是按照額定頻率設計和制造的，只有在額定頻率附近運行時，才能發(fā)揮最好的性能。系統(tǒng)頻率過大的變動，對用戶和發(fā)電廠的運行都將產生不利影響。隨著負荷和發(fā)電廠輸出功率的變化，頻率也將發(fā)生相應的變化。因此，頻率可以作為預測電力系統(tǒng)是否將失去穩(wěn)定的判據，從而為切負荷和切機提供可行的判據。

現(xiàn)有的頻率估計方法主要分為兩類：

1、測量電壓一周波的時間，計算頻率；

2、利用數(shù)字濾波的方法，進行頻率估計。

前者受過零點和諧波的影響較大；后者將時域信號轉化到頻域，尋找最大值，并進行插值，為提高頻率估計精度，需要較長的數(shù)據窗，插值過程中又需要確定修正系數(shù)，增加了裝置的計算量和計算時間。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種電力系統(tǒng)頻率測量方法及裝置，用于解決現(xiàn)有數(shù)字濾波方法計算頻率時計算工作量大、計算時間長的問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提出一種電力系統(tǒng)頻率測量方法，包括以下方法方案：

方法方案一，包括以下步驟：

1)根據電力系統(tǒng)中獲取的母線電壓采樣值，通過傅立葉變換計算依次相差1/p周波的三個時刻的線電壓基波相量，分別為當前時刻的線電壓基波相量、1/p周波前的線電壓基波相量、2/p周波前的線電壓基波相量，p≥3；

2)根據所述三個時刻的線電壓基波相量的實部、虛部，計算系統(tǒng)當前的頻率。

方法方案二，在方法方案一的基礎上，所述系統(tǒng)當前頻率的計算式如下：

式中，f為系統(tǒng)當前的頻率，ts為采樣間隔時間，k為1/p周波，和分別為所述當前時刻的線電壓基波相量的虛部和實部，和分別為所述1/p周波前的線電壓基波相量的虛部和實部，和分別為所述2/p周波前的線電壓基波相量的虛部和實部。

方法方案三，在方法方案一的基礎上，計算出所述三個時刻的線電壓基波相量后，比較所述三個時刻的線電壓基波相量的幅值，當所述三個時刻的線電壓基波相量中最小的電壓幅值小于設定的第一電壓門檻值時，設定系統(tǒng)當前的頻率為50赫茲。

方法方案四，在方法方案一的基礎上，計算所述系統(tǒng)當前的頻率后，還包括輸出頻率的步驟：當1/p周波內的線電壓的最大瞬時值的幅值小于所述第一電壓門檻值時，判定線電壓發(fā)生突然無壓，輸出歷史頻率；當所述當前時刻的線電壓的基波幅值與一周前線電壓的基波幅值之差的絕對值大于設定的第二電壓門檻值時，判定線電壓發(fā)生突然變化，輸出歷史頻率；當線電壓沒有發(fā)生突變時，輸出所述系統(tǒng)當前的頻率。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提出一種電力系統(tǒng)頻率測量裝置，包括以下裝置方案：

裝置方案一，包括以下單元：

電壓計算單元：用于根據電力系統(tǒng)中獲取的母線電壓采樣值，通過傅立葉變換計算依次相差1/p周波的三個時刻的線電壓基波相量，分別為當前時刻的線電壓基波相量、1/p周波前的線電壓基波相量、2/p周波前的線電壓基波相量，p≥3；

頻率計算單元：用于根據所述三個時刻的線電壓的實部、虛部，計算系統(tǒng)當前的頻率。

裝置方案二，在裝置方案一的基礎上，所述系統(tǒng)當前頻率的計算式如下：

式中，f為系統(tǒng)當前的頻率，ts為采樣間隔時間，k為1/p周波，和分別為所述當前時刻的線電壓基波相量的虛部和實部，和分別為所述1/p周波前的線電壓基波相量的虛部和實部，和分別為所述2/p周波前的線電壓基波相量的虛部和實部。

裝置方案三，在裝置方案一的基礎上，還包括比較單元：用于比較所述三個時刻的線電壓基波相量的幅值，當所述三個時刻的線電壓基波相量中最小的電壓幅值小于設定的第一電壓門檻值時，設定系統(tǒng)當前的頻率為50赫茲。

裝置方案四，在裝置方案一的基礎上，還包括頻率輸出單元：用于當1/p周波內的線電壓的最大瞬時值的幅值小于所述第一電壓門檻值時，判定線電壓發(fā)生突然無壓，輸出歷史頻率；當所述當前時刻的線電壓的基波幅值與一周前線電壓的基波幅值之差的絕對值大于設定的第二電壓門檻值時，判定線電壓發(fā)生突然變化，輸出歷史頻率；當線電壓沒有發(fā)生突變時，輸出所述系統(tǒng)當前的頻率。

本發(fā)明的有益效果是：根據電力系統(tǒng)中獲取的母線電壓采樣值，計算依次相差1/p周波的三個時刻的線電壓，根據三個時刻的線電壓的實部、虛部，計算出系統(tǒng)當前的頻率。該測量方法原理簡單、容易實現(xiàn)，能夠準確測量電力系統(tǒng)的頻率，并且不受過零點和諧波的影響。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法在主接線中的接入位置示意圖；

圖2是基于線電壓的電力系統(tǒng)頻率測量方法流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的說明。

本發(fā)明的一種電力系統(tǒng)頻率測量方法的實施例：

根據電力系統(tǒng)中獲取的母線電壓采樣值，計算依次相差1/p周波的三個時刻的線電壓：當前時刻的線電壓、1/p周波前的線電壓、2/p周波前的線電壓：

其中，n為采樣序列，n為50hz頻率下一周波的采樣點數(shù)，和代表不同的相，和分別為相和相的當前時刻線電壓的基波相量，和分別為相和相的1/p周波前線電壓的基波相量，和分別為相和相的2/p周波前線電壓的基波相量，為上述三個時刻線電壓的基波相量。

計算當前時刻的頻率：

為防止發(fā)生pt斷線情況，本發(fā)明使用線電壓進行頻率測量，假設線電壓為計算信號全周傅氏的實部和虛部，

由于濾波器為偶對稱，為奇對稱，所以，

式中，|fc(ω)|和|fs(ω)|為偶、奇濾波器在ω處的增益，α(ω)為在ω處的相位變化；

利用三角函數(shù)變換關系，進行如下變換，

將g2k(ω)和gk(ω)進行比值可得當前系統(tǒng)頻率：

其中，ts為采樣間隔時間，為的虛部，為的實部，的虛部，為的實部，為的虛部，為的實部。

上述電力系統(tǒng)的頻率計算是線電壓在正常水平的情況得出的，當線電壓出現(xiàn)以下異常情況時，進行相應的防錯處理方法：

(1)比較三個時刻的線電壓的幅值，求出和中最小的幅值，即

判斷使用的三個時刻的線電壓是否存在無壓的情況，uvalve為無壓門檻，判據如下：

umin＜uvalve1

式中，umin為上述最小的幅值，uvalve1為設定的第一電壓門檻值，當上述最小的幅值小于設定的第一電壓門檻值時，設定系統(tǒng)當前的頻率為50hz。

(2)判別線電壓是否發(fā)生突然無壓和突然變化。突然無壓的判據如下：

umax＜uvalve1

式中，n1為新計算頻率下的一周波采樣點數(shù)，即信號由50hz頻率發(fā)生變化后的一周波的采樣點數(shù)，為線電壓的瞬時值，umax為最近周波線電壓瞬時值絕對值最大采樣點，當其小于第一電壓門檻值時，判定線電壓發(fā)生突然無壓。

突然變化的判據如下：

式中，為一周前線電壓的基波幅值，為當前時刻線電壓的基波幅值，uvalve2為設定的第二電壓門檻值，上式表示若當前時刻的線電壓的基波幅值與一周前線電壓的基波幅值之差的絕對值大于設定的第二電壓門檻值，判定線電壓發(fā)生突然變化。本發(fā)明只有在線電壓沒有發(fā)生突然無壓和突然變化時，才按照前述電力系統(tǒng)頻率的計算公式進行當前時刻頻率的計算；本發(fā)明測量電力系統(tǒng)頻率的方法是實時采集線電壓、并進行實時的頻率計算，當線電壓發(fā)生突然無壓或突然變化時，將上次測量的頻率結構作為當前時刻測量的頻率值。

本發(fā)明首先使用dft的方法計算當前時刻線電壓，1/p周波前線電壓，2/p周波前線電壓，并記錄三個時刻線電壓的實部、虛部和幅值最小值；然后使用三個時刻線電壓的實部和虛部，利用本發(fā)明的頻率計算方法得到當前時刻的系統(tǒng)頻率。本發(fā)明的頻率測量方法基于全周濾波后的數(shù)據，不依賴于過零點，不要求高采樣率，運算速度快，能夠實時準確的測量各采樣時刻的頻率。

本發(fā)明的一種電力系統(tǒng)頻率測量裝置的實施例：

包括電壓計算單元和頻率計算單元。電壓計算單元用于根據電力系統(tǒng)中獲取的母線電壓采樣值，計算依次相差1/p周波的三個時刻的線電壓：當前時刻的線電壓、1/p周波前的線電壓、2/p周波前的線電壓，p≥3。

頻率計算單元用于根據所述三個時刻的線電壓的實部、虛部，計算系統(tǒng)當前的頻率。

如圖1所示的雙端系統(tǒng)，將本發(fā)明的頻率測量裝置安裝在母線b1時，通過互感器tv1獲取母線電壓采樣值，采樣值送入頻率測量裝置后，進行電力系統(tǒng)頻率的測量，測量方法的流程如圖2所示。

由于本實施例中所指的電力系統(tǒng)頻率測量裝置，實際上是基于本發(fā)明方法流程的一種計算機解決方案，即一種軟件構架，上述裝置即為與方法流程相對應的處理進程。由于對上述方法的介紹已經足夠清楚完整，故不再詳細進行描述。