一種基于dft的同步相量相角測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于DFT的同步相量相角測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代電力系統(tǒng)的主要特征體現(xiàn)為大機(jī)組、大電廠、大電網(wǎng)、超（特）高壓遠(yuǎn)距離交 直流混合輸電，這標(biāo)志著電力系統(tǒng)的發(fā)展水平已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)新的階段，未來(lái)的電力系統(tǒng)將 會(huì)表現(xiàn)出一些較小規(guī)模電力系統(tǒng)所不具備的新特性。同時(shí)，電網(wǎng)運(yùn)行采用了大量新型控制 技術(shù)，如發(fā)電機(jī)勵(lì)磁及調(diào)速系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置等，使電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性日趨復(fù)雜。 與此同時(shí)，隨著電力市場(chǎng)進(jìn)程，環(huán)境保護(hù)要求，使得電網(wǎng)的各種設(shè)施不得不以接近運(yùn)行極限 的方式運(yùn)行，電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題越來(lái)越突出，如何在電網(wǎng)一次系統(tǒng)特性發(fā)生改變時(shí)，做到對(duì) 電網(wǎng)運(yùn)行的監(jiān)測(cè)，對(duì)電網(wǎng)隨時(shí)可能發(fā)生的故障或擾動(dòng)做出準(zhǔn)確及時(shí)的判斷，以便能夠最快 速度采取措施防止電網(wǎng)事故的發(fā)生成為當(dāng)前電網(wǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)安全、控制技術(shù)領(lǐng)域的重要研宄 方向之一。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段主要是基于數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，即SCADA。但由 于受采樣頻率和傳統(tǒng)模式的限制，一般SCADA信息45s刷新一次，即SCADA系統(tǒng)所表征的是 電網(wǎng)若干秒前的系統(tǒng)狀態(tài)。因此，SCADA并不能反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化特征，不足以捕獲系統(tǒng)動(dòng) 態(tài)變化過(guò)程，不能滿足電網(wǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)視與評(píng)估的要求。
[0003] 相量能夠直接反映電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定狀況，是電力系統(tǒng)重要參數(shù)之 一。20世紀(jì)90年代以來(lái)電力通信網(wǎng)絡(luò)得到快速發(fā)展，光纖和數(shù)字微波已經(jīng)構(gòu)成傳輸網(wǎng)的 基礎(chǔ)，全球定位系統(tǒng)（GPS)作為統(tǒng)一時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在電力系統(tǒng)中使用，對(duì)不同電網(wǎng)測(cè)量點(diǎn) 的電壓和電流相角進(jìn)行同步測(cè)量成為可能，標(biāo)志著準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PHD)傳輸機(jī)制逐漸向 同步數(shù)字系統(tǒng)（SDH)轉(zhuǎn)化。如果能夠在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)發(fā)母電機(jī)線電壓相量和發(fā)電機(jī)功角的 精確測(cè)量，就可以準(zhǔn)確反映出電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，特別是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩和故障 擾動(dòng)等情況下的動(dòng)態(tài)行為特性。對(duì)后續(xù)電力系統(tǒng)的預(yù)警、穩(wěn)定分析、參數(shù)辨識(shí)、調(diào)度、事故 分析及在線穩(wěn)定決策都提供了關(guān)鍵參考數(shù)據(jù)，因此基于同步相量測(cè)量技術(shù)的廣域測(cè)量系統(tǒng) (WAMS)應(yīng)運(yùn)而生。
[0004] 同步相量相量裝置（PMU)作為提供WAMS系統(tǒng)監(jiān)視和分析用的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)源，而同步 相量估計(jì)算法作為PMU的技術(shù)核心，其精度直接影響到電力系統(tǒng)的監(jiān)控、保護(hù)和控制。相角 作為相量要素之一，在同步相量測(cè)量中的計(jì)算方法有過(guò)零檢測(cè)法、DFT算法、最小二乘法、小 波變換法等。DFT在同步采樣條件下，由于其原理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，對(duì)諧波抑制有較好地抑制 能力而得到廣泛運(yùn)用，但實(shí)際電力系統(tǒng)不會(huì)始終保持在工頻狀態(tài)，從而出現(xiàn)非同步采樣，此 時(shí)DFT結(jié)果無(wú)法滿足電力系統(tǒng)故障分析對(duì)相角精度的要求，所以，研宄能夠應(yīng)用在電力系 統(tǒng)頻率偏移條件下的同步相量相角測(cè)量方法，可以為WAMS應(yīng)用提供保障，有效的提高輸電 線的傳輸容量，減少發(fā)生事故時(shí)所切負(fù)荷量，使電網(wǎng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于DFT的同步相量相角測(cè)量方法，以解決DFT算法 在頻率偏移情況下相角誤差增大的問(wèn)題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于DFT的同步相量相角測(cè)量 方法，其特征在于包括以下步驟：
[0007] 步驟Sl :利用頻率跟蹤技術(shù)跟蹤電力信號(hào)的瞬時(shí)頻率f，根據(jù)所述電力信號(hào)的額 定頻率f。以及所述瞬時(shí)頻率f計(jì)算出頻率偏移率△ λ，再根據(jù)所述頻率偏移率△ λ以及 所述電力信號(hào)的一個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)N計(jì)算出同步相量相角的固定誤差值.△仍；
[0008] 步驟S2 :分別對(duì)被測(cè)相角點(diǎn)前Ν/8點(diǎn)和后Ν/8點(diǎn)進(jìn)行DFT，得到相量毛和相量i3， 將所述相量毛乘以相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)因子和系數(shù)，毛乘以相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)因子和系數(shù)，兩者相加獲得 新相量i，再計(jì)算所述新相量i的相角只》 ;
[0009] 步驟S3 :對(duì)步驟S2所得相角％,進(jìn)行固定誤差補(bǔ)償，得精確的相角測(cè)量值0。
[0010] 更進(jìn)一步的是，所述步驟Sl中頻率偏移率Λ λ和固定誤差值Δ仍具體計(jì)算過(guò)程 如下：
[0011]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于DFT的同步相量相角測(cè)量方法，其特征在于包括W下步驟： 步驟S1 ;利用頻率跟蹤技術(shù)跟蹤電力信號(hào)的瞬時(shí)頻率f，根據(jù)所述電力信號(hào)的額定頻 率f。^及所述瞬時(shí)頻率f計(jì)算出頻率偏移率AA，再根據(jù)所述頻率偏移率AAW及所述 電力信號(hào)的一個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)N計(jì)算出同步相量相角的固定誤差值A(chǔ)0; 步驟S2 ;分別對(duì)被測(cè)相角點(diǎn)前N/8點(diǎn)和后N/8點(diǎn)進(jìn)行DFT，得到相量i;和相量i3，將所 述相量乘W相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)因子和系數(shù)，^3乘W相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)因子和系數(shù)，兩者相加獲得新相 量丈，再計(jì)算所述新相量X的相角鉛； 步驟S3 ;對(duì)步驟S2所得相角做進(jìn)行固定誤差補(bǔ)償，得精確的相角測(cè)量值口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DFT的同步相量相角測(cè)量方法，其特征在于：所述步驟 S1中頻率偏移率AA和固定誤差值A(chǔ)0具體計(jì)算過(guò)程如下；
式中；f。為所述電力信號(hào)的額定頻率，f"= 50化，N為所述電力信號(hào)的一個(gè)周期的采樣 點(diǎn)數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DFT的同步相量相角測(cè)量方法，其特征在于：所述步驟 S2中相角I搞具體計(jì)算過(guò)程如下： 先對(duì)被測(cè)相角點(diǎn)相量:與的前N/8點(diǎn)進(jìn)行一次DFT計(jì)算，得相量i;，再利用DFT遞推公式 推算出被測(cè)相角點(diǎn)相量的后N/8點(diǎn)的相量i;，所述DFT遞推公式如下： 擴(kuò)1=技r+x(N)-x(0)]eJ'2"/N 式中龍為當(dāng)前DFT值，為下一次DFT值，x(0)為采樣數(shù)據(jù)窗初始數(shù)據(jù)，x(腳為距 離x(0) -個(gè)周期采樣點(diǎn)數(shù)的采樣值。 分別將相量^2和毛乘上相對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)因子和系數(shù)后相加，得到新相量；t，取該新相量 的相角口W?其計(jì)算公式如下：
式中，z'wa各腳為I的虛部，化口/(々為i的虛部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DFT的同步相量相角測(cè)量方法，其特征在于：所述步驟 S3中精確相角^具體計(jì)算過(guò)程如下： 口 = 口防-A約 式中；A0為步驟S1所得的固定誤差值。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于DFT的同步相量相角測(cè)量方法，包括以下步驟：步驟S1：利用頻率跟蹤技術(shù)跟蹤電力信號(hào)的瞬時(shí)頻率f，根據(jù)所述電力信號(hào)的額定頻率fo以及所述瞬時(shí)頻率f計(jì)算出頻率偏移率Δλ，再根據(jù)所述頻率偏移率Δλ以及所述電力信號(hào)的一個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)N計(jì)算出同步相量相角的固定誤差值步驟S2：分別對(duì)被測(cè)相角點(diǎn)前N/8點(diǎn)和后N/8點(diǎn)進(jìn)行DFT，得到相量和相量將所述相量乘以相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)因子和系數(shù)，乘以相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)因子和系數(shù)，兩者相加獲得新相量再計(jì)算所述新相量的相角步驟S3：對(duì)步驟S2所得相角進(jìn)行固定誤差補(bǔ)償，得精確的相角測(cè)量值本發(fā)明能有效提高DFT算法在非同步采用情況下的同步相量相角測(cè)量精度，且對(duì)諧波有良好的抑制作用。
【IPC分類】G01R25-00
【公開號(hào)】CN104793053
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510192628
【發(fā)明人】金濤, 唐曉艷
【申請(qǐng)人】福州大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月22日