基于最優(yōu)基帶濾波的電網(wǎng)頻率測(cè)量方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于電力裝置技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，設(shè)及一種基于最優(yōu)基帶濾波的電 網(wǎng)頻率測(cè)量方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 電網(wǎng)頻率是反映電力裝置運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)。很多針對(duì)電力裝置的操作、控制 和保護(hù)都依賴于對(duì)電網(wǎng)頻率的精確測(cè)量。世界上絕大部分國(guó)家的電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)頻率(基頻）為 50Hz，少數(shù)北美國(guó)家電網(wǎng)頻率為60化。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，受電磁暫態(tài)、諧波負(fù)載、高低頻 電磁干擾、非線性設(shè)備等因素的影響，電網(wǎng)頻率會(huì)隨時(shí)間變化，在基頻附近較小的范圍內(nèi)波 動(dòng)。
[0003] 目前針對(duì)電網(wǎng)頻率的測(cè)量方法主要有：電壓過零點(diǎn)周期法、雙正交濾波相位差分 法、比例積分法、Ξ點(diǎn)法等。李軍等在專利《電力裝置中正弦波信號(hào)的頻率測(cè)量方法及裝置》 中提出的電壓過零點(diǎn)法，容易受測(cè)量設(shè)備及諧波干擾，測(cè)量誤無(wú)法得到保證。路文喜等在專 利《改進(jìn)雙正交濾波器組的電網(wǎng)頻率跟蹤算法》中提出的基于雙正交濾波器電網(wǎng)頻率測(cè)量 改進(jìn)算法，李軍等在專利《電力裝置頻率測(cè)量方法及裝置》中提出的基于比例積分的頻率測(cè) 量方法，葉松等在專利《一種電力裝置頻率測(cè)量的方法》中提出的基于積分求頻率的方法， W及其它一些基于相位差分和積分的方法，大多存在對(duì)采樣信號(hào)幅值變化敏感、參照起點(diǎn) 選取困難等缺點(diǎn)。
[0004] 此外，還有一類基于Ξ點(diǎn)法的頻率測(cè)量方法，利用正弦信號(hào)任意Ξ個(gè)連續(xù)采樣點(diǎn) 之間的固定關(guān)系，計(jì)算正弦信號(hào)的角頻率，從而得到電網(wǎng)頻率。經(jīng)過基帶濾波的電網(wǎng)采樣信 號(hào)可W理想化為正弦時(shí)變信號(hào)：λ'(Α) = .4sin(iyA： + ω);其中，A為信號(hào)幅值；ω為歸一化的 角頻率（即兩個(gè)采樣時(shí)刻間的角度差），其與瞬時(shí)頻率成正比；口為初相角。利用Ξ角函數(shù)和 角公式可得：
[0005] S 化）=s 化-1 )cos ω +S 化-1 )sin ω
[0006] s化-2) =s化-1 )cos ω -s化-1 )sin ω
[0007] 故有；
[000引
[0009] 求上式的反Ξ角函數(shù)后得到當(dāng)前時(shí)刻的歸一化角頻率ω，從而得到電網(wǎng)頻率。上 述Ξ點(diǎn)法，計(jì)算簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性好。但是實(shí)際應(yīng)用中，電網(wǎng)采樣信號(hào)中不可避免的含有測(cè)量噪 聲和諧波分量，當(dāng)Ξ點(diǎn)的幅值S化）、s化-1)和S化-2)較小時(shí)，S化)和S化-2)中含有的噪聲和 諧波，在除W-個(gè)較小的分子S化-1)后，將被大幅放大，引入較大測(cè)量誤差。極端情況下，當(dāng) S化-1) = 0時(shí)，甚至無(wú)法獲得測(cè)量值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于最優(yōu)基帶濾波的電網(wǎng)頻率 測(cè)量方法和裝置，通過構(gòu)建正弦基帶濾波器組，從中捜索最優(yōu)的基帶濾波器，使得濾波后的 電網(wǎng)采樣信號(hào)始終具有較高的幅值，克服了 Ξ點(diǎn)法周期性的測(cè)量誤差增大的問題，使計(jì)算 得到的電網(wǎng)頻率更加準(zhǔn)確。
[0011] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明基于最優(yōu)基帶濾波的電網(wǎng)頻率測(cè)量方法包括W下步 驟：
[0012] S1:根據(jù)預(yù)設(shè)采樣頻率對(duì)電網(wǎng)信號(hào)進(jìn)行采樣，一旦采樣數(shù)據(jù)達(dá)到N+2個(gè)，則記當(dāng)前 采樣時(shí)刻為k，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的采樣數(shù)據(jù)S化)和之前的N+1個(gè)采樣數(shù)據(jù)構(gòu)建Ξ個(gè)連續(xù)時(shí)刻的 采樣數(shù)據(jù)序列S化-i) = {s化-N+1-i)，···，s化-i-1)，s化-i)}，其中i = 0,1，2，N=fs/^，fs是 電網(wǎng)信號(hào)的采樣頻率，f ο是電網(wǎng)基頻；
[001引S2:分別用Ν個(gè)基帶濾波器化l，h2，…，hN}對(duì)采樣數(shù)據(jù)序列S化)進(jìn)行濾波，獲得N個(gè) 濾波值sn化），n=l，2，…，N，其中序號(hào)為n的濾波器的表達(dá)式為：
[0014]
[0015] 從N個(gè)濾波值中挑選濾波值最大的濾波器作為最優(yōu)基帶濾波器hx;
[0016] S3:利用捜索得到的最優(yōu)基帶濾波器hx對(duì)Ξ個(gè)采樣數(shù)據(jù)序列S化-i)進(jìn)行濾波，獲 得濾波值SX化-i);
[0017] S4:計(jì)算k時(shí)亥師采樣點(diǎn)間的瞬時(shí)角度差ω (k):
[001 引
[0019] 然后計(jì)算k時(shí)刻電網(wǎng)信號(hào)的瞬時(shí)頻率：
[0020]
[0021] S5:判斷采樣是否結(jié)束，如果是，則頻率測(cè)量結(jié)束，否則進(jìn)入步驟S6;
[0022] S6:采樣下一數(shù)據(jù)，采用時(shí)刻k = k+l的采樣數(shù)據(jù)和之前的N+1個(gè)采樣數(shù)據(jù)構(gòu)成Ξ個(gè) 連續(xù)時(shí)刻的采樣數(shù)據(jù)序列S化-i) = {s化-N+1-i)，···，s化-i-1)，s化-i)};
[0023] S7:從N個(gè)基帶濾波器選擇M+1個(gè)基帶濾波器W，其中η' =X+m-dXN，m = 0，l，…，Μ， 攻="X+?)/W」，L丄表示向下取整;采用運(yùn)Μ+1個(gè)基帶濾波器對(duì)當(dāng)前時(shí)刻的采樣數(shù)據(jù) 序列S化)進(jìn)行濾波，獲得Μ+1個(gè)濾波值Sn<化），從中挑選濾波值最大的濾波器作為最優(yōu)基帶 濾波器hx，返回步驟S3。
[0024] 本發(fā)明還提供基于最優(yōu)基帶濾波的電網(wǎng)頻率測(cè)量裝置，其特征在于，包括信號(hào)采 樣模塊、控制模塊、選通模塊、N個(gè)基帶濾波器和頻率計(jì)算模塊，其中：
[0025] 信號(hào)采樣模塊根據(jù)預(yù)設(shè)采樣頻率對(duì)電網(wǎng)信號(hào)進(jìn)行采樣，當(dāng)采樣數(shù)據(jù)達(dá)到N+2個(gè)，開 始在每次采樣結(jié)束后向控制模塊發(fā)送采樣完成信號(hào)，記當(dāng)前采樣時(shí)刻為k，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的 采樣數(shù)據(jù)S化)和之前的N+1個(gè)采樣數(shù)據(jù)構(gòu)成Ξ個(gè)連續(xù)時(shí)刻的采樣數(shù)據(jù)序列S化-i) = {s化-N + l-i)，…，s化-i-l)，s化-i)}，其中i = 0，l，2，N=fs/^fo，fs是電網(wǎng)信號(hào)的采樣頻率，fo是電 網(wǎng)基頻;信號(hào)采樣模塊接收控制模塊發(fā)送的采樣數(shù)據(jù)序列的發(fā)送控制信號(hào)，向選通模塊發(fā) 送對(duì)應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)序列；
[0026] 控制模塊每當(dāng)接收到信號(hào)采樣模塊發(fā)送的采樣完成信號(hào)，則判斷當(dāng)前是否存在最 優(yōu)基帶濾波器hx，X表示最優(yōu)基帶濾波器的序號(hào)，如果不存在則生成基帶濾波器全選通的選 通控制信號(hào)，如果存在則生成選通M+1個(gè)基帶濾波器W的選通控制信號(hào)，其中n/=X+m-dX N，m = 0，l，一，M，fii = L(X+w)/W」，L」表示向下取整，將選通控制信號(hào)發(fā)送給選通模塊， 并向信號(hào)采樣模塊發(fā)送采樣數(shù)據(jù)序列S化)的發(fā)送控制信號(hào);控制模塊接收基帶濾波器輸出 的濾波值，挑選濾波值最大的濾波器，將其作為新的最優(yōu)基帶濾波器hx，生成最優(yōu)基帶濾波 器選通的選通控制信號(hào)發(fā)送給選通模塊，同時(shí)向信號(hào)采樣模塊發(fā)送Ξ個(gè)采樣數(shù)據(jù)序列的發(fā) 送控制信號(hào)；
[0027] 選通模塊接收信號(hào)采樣模塊發(fā)送的采樣數(shù)據(jù)序列，根據(jù)控制模塊2發(fā)送的選通控 制信號(hào)，將采樣數(shù)據(jù)序列發(fā)送給被選通的基帶濾波器；
[0028] N個(gè)基帶濾波器中序號(hào)為η的基帶濾波器的表達(dá)式為：
[0029]
[0030] 其中，η = 1，2，...，Ν;
[0031] 基帶濾波器對(duì)接收到的采樣數(shù)據(jù)序列進(jìn)行濾波，如果一次只對(duì)單個(gè)采樣數(shù)據(jù)序列 進(jìn)行濾波，則將濾波值發(fā)送給控制模塊，如果一次對(duì)Ξ個(gè)采樣數(shù)據(jù)序列進(jìn)行濾波，則將Ξ個(gè) 濾波值發(fā)送給頻率計(jì)算模塊；
[0032] 頻率計(jì)算模塊接收基帶濾波器發(fā)送的Ξ個(gè)濾波值，計(jì)算得到當(dāng)前電網(wǎng)信號(hào)的瞬時(shí) 頻率，其計(jì)算方法為：
[0033] 記Ξ個(gè)采樣數(shù)據(jù)序列S化-i)對(duì)應(yīng)的濾波值為Sx化-i)，計(jì)算k時(shí)刻兩采樣點(diǎn)間的瞬 時(shí)角度差ω化）：
[0034]
[0035] 計(jì)算k時(shí)刻電網(wǎng)信號(hào)的瞬時(shí)頻率：
[0036]
[0037] 本發(fā)明基于最優(yōu)基帶濾波的電網(wǎng)頻率測(cè)量方法和裝置，在首次獲取Ξ個(gè)連續(xù)時(shí)刻 的采樣數(shù)據(jù)序列后，采用N個(gè)基帶濾波器對(duì)當(dāng)前時(shí)刻的采樣數(shù)據(jù)序列進(jìn)行濾波，從N個(gè)濾波 值中挑選濾波值最大的濾波器作為最優(yōu)基帶濾波器;然后用最優(yōu)基帶濾波器對(duì)Ξ個(gè)連續(xù)時(shí) 刻的采樣數(shù)據(jù)序列進(jìn)行濾波，根據(jù)Ξ個(gè)濾波值計(jì)算得到當(dāng)前電網(wǎng)信號(hào)的瞬時(shí)頻率;對(duì)于之 后的采樣數(shù)據(jù)序列，W最優(yōu)基帶濾波器及其之后Μ個(gè)基帶濾波器作為備選基帶濾波器，對(duì)當(dāng) 前時(shí)刻采樣序列進(jìn)行濾波，從Μ+1個(gè)濾波值中挑選濾波值最大的濾波器作為最優(yōu)基帶濾波 器，用于濾波并計(jì)算瞬時(shí)頻率。
[0038] 本發(fā)明具有W下有益效果：
[0039] 1)從不同相位的正弦基帶濾波器中捜索最優(yōu)基帶濾波器，使其與當(dāng)前電力采樣信 號(hào)相匹配，確保在每一采樣時(shí)刻均能獲得較大的濾波值，從而在進(jìn)行基于Ξ點(diǎn)法的瞬時(shí)頻 率計(jì)算時(shí)，能獲得較高的測(cè)量精度，克服了現(xiàn)有單一基