一種正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算方法與裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算方法與裝置，若當前頻率與額定頻率不一致時，將每周期對應(yīng)采樣點數(shù)分為整數(shù)和小數(shù)兩部分。對于整數(shù)部分，可以直接計算出各采樣點的平方和；對于小數(shù)部分，可根據(jù)前后兩個采樣點插值計算出小數(shù)部分對應(yīng)的采樣點大小，然后利用該計算值的平方值與前一點采樣值的平方值計算出他們組成的小梯形面積，并與整數(shù)部分計算出的平方和相加，即可得出一個完整周波的有效值平方，開方后便可得出當前頻率下波形的有效值。本發(fā)明的方法有效值精度高。
【專利說明】
一種正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算方法與裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算方法，屬于電力系統(tǒng)繼電保 護技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 繼電保護裝置要求邏輯判別采用的測量數(shù)據(jù)精確可靠，科學(xué)的計算方法是保證數(shù) 據(jù)精度的重要基礎(chǔ)。
[0003]對于交流離散信號，主要是指電壓信號和電流信號，其有效值計算通過是根據(jù)熱 效應(yīng)計算產(chǎn)生，表現(xiàn)為對時間軸的面積。在頻率恒定的情況下，有效值可以按照常規(guī)方式進 行計算產(chǎn)生。但是在頻率變化的情況下，仍然采樣現(xiàn)有方法，由于是離散信號，會產(chǎn)生較大 的誤差，最終導(dǎo)致繼電保護裝置誤動作或拒動作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算方法，以解決電網(wǎng) 頻率變化時繼電保護裝置中電壓及電流有效值計算誤差過大的問題，防止因頻率變化導(dǎo)致 繼電保護裝置誤動作或拒動作。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供了一種正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算方 法，該方法包括以下步驟：
[0006] -種正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算方法，該方法步驟如下：
[0007] 1)根據(jù)裝置額定頻率及正弦波當前測量頻率計算當前每周波采樣點數(shù)，分別取出 當前每周波采樣點數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分;計算公式為：
[0009] 其中No為額定頻率下每周波的采樣點數(shù)，fQ為額定頻率，為實際測量頻率。N為計 算得到的實際采樣點數(shù)，整數(shù)部分為^ = L#j /】、數(shù)部分為ns = n-n1<3
[0010] 2)采用插值算法等效計算小數(shù)部分采樣值大小；
[0011] 3)計算小數(shù)部分采樣值的平方積分值；
[0012] 4)計算整數(shù)部分采樣點的平方積分值；
[0013] 5)將步驟3)、4)所得結(jié)果相加，乘以相關(guān)系數(shù)并經(jīng)開方處理可求出最終的正弦波 有效值。
[0014] 所述步驟2)中插值算法計算公式為：
[0015] ix=ii+(i〇-ii)*Ns
[0016]其中ix為小數(shù)采樣點對應(yīng)的采樣值大??；io為第1點前面一點的采樣值。
[0017]所述步驟3)中小數(shù)部分對應(yīng)的平方積分值如下：
[0019] 上式中S2為小數(shù)部分對應(yīng)的平方積分值。
[0020] 所述步驟4)中采用梯形積分算法：
[0022]其中&為整數(shù)采樣點部分的梯形積分值;ik為第k點采樣值。
[0023] 所述步驟5)中：
[0025]其中S為計算的正弦波有效值。
[0026] 本發(fā)明還提供了一種正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算裝置，包括如下模塊：
[0027] 1)根據(jù)裝置額定頻率及正弦波當前測量頻率計算當前每周波采樣點數(shù)，分別取出 當前每周波采樣點數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分的模塊;計算公式為：
[0029] 其中No為額定頻率下每周波的采樣點數(shù)，fo為額定頻率，為實際測量頻率。N為計 算得到的實際采樣點數(shù)，整數(shù)部分為M /】、數(shù)部分為ns = n-n1<3
[0030] 2)采用插值算法等效計算小數(shù)部分采樣值大小的模塊；
[0031] 3)計算小數(shù)部分采樣值的平方積分值的模塊；
[0032] 4)計算整數(shù)部分采樣點的平方積分值的模塊；
[0033] 5)將模塊3)、4)所得結(jié)果相加，乘以相關(guān)系數(shù)并經(jīng)開方處理可求出最終的正弦波 有效值的模塊。
[0034] 所述模塊2)中插值算法計算公式為：
[0035] ix=ii+(i〇-ii)*Ns
[0036]其中ix為小數(shù)采樣點對應(yīng)的采樣值大?。籭o為第1點前面一點的采樣值。
[0037]所述模塊3)中小數(shù)部分對應(yīng)的平方積分值如下：
[0039]上式中S2為小數(shù)部分對應(yīng)的平方積分值。
[0040]所述模塊4)中采用梯形積分算法：
[0042]其中&為整數(shù)采樣點部分的梯形積分值;ik為第k點采樣值。
[0043] 所述模塊5)中：
[0045] 其中S為計算的正弦波有效值。
[0046] 本發(fā)明的方法適用于頻率變化較為緩慢的情況。由于在頻率變化時，原本一個周 波的采樣點數(shù)不再是實際的一個周波的采樣點數(shù)，比如說，當頻率變大，而采樣頻率不變的 情況下，一個周波中的采樣點數(shù)必然減少，如果仍然按照原來的一個周波采樣點數(shù)進行計 算，那么將會引入其他周波的采樣點，計算結(jié)果必然有較大誤差。當然，在已知變化后的頻 率時，求出當前一個周波的采樣點數(shù)是很容易的，但是如果僅按照計算出的一個周波的采 樣點數(shù)進行計算，在采樣頻率沒有變化的情況下，采樣點并不能很好的覆蓋整個周波，因此 其誤差會比較大。
[0047]故而，本發(fā)明中在計算頻率變化后的一個周波的采樣點數(shù)時，增加了小數(shù)部分，并 將小數(shù)部分賦予一定的采樣值(也可以說，該小數(shù)部分的采樣值是等效出的）；最后將計算 得到一個周波的采樣點值與小數(shù)部分的采樣值融合，共同計算得出有效值。該方法通過小 數(shù)部分的采樣值補償頻率變化后的一個周波的采樣點值，從而大大減小了誤差。
[0048]本發(fā)明的方法可在系統(tǒng)頻率出現(xiàn)緩慢波動時準確計算系統(tǒng)電壓、電流的有效值， 以解決電網(wǎng)頻率變化時繼電保護裝置中電壓及電流有效值計算誤差過大的問題，防止因頻 率變化導(dǎo)致繼電保護裝置誤動作或拒動作。
[0049]之所以本發(fā)明側(cè)重于頻率緩慢變化，是因為計算過程中需要檢測當前頻率，從而 計算一個周波的采樣點數(shù);若頻率變化過快則不適合本發(fā)明的方法。其中，頻率變化緩慢是 指至少應(yīng)保證在若干個周波的實際之內(nèi)，頻率不會有較大變化。置于緩慢的程度，即若干個 周波究竟是多少個周波，可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實際情況進行確定在變化多快的情況 下不再采樣本發(fā)明的方法，即這個"程度"是由本領(lǐng)域技術(shù)人員把握的，因此，本發(fā)明并不對 緩慢變化的程度進行過多解釋。
【附圖說明】
[0050] 圖1是本發(fā)明一種正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0051] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步的說明。
[0052]方法實施例
[0053]本發(fā)明的正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算方法可作為一個獨立的功能模塊 集成在保護裝置中，該方法的流程如圖1所示，具體過程如下：
[0054] 1)根據(jù)裝置額定頻率及正弦波當前測量頻率計算當前每周波采樣點數(shù)，分別取出 當前每周波采樣點數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分。每周波采樣點數(shù)的計算公式為：
[0056]其中No為額定頻率下每周波的采樣點數(shù)，fo為額定頻率，fi為實際測量頻率。N為計 算得到的實際采樣點數(shù)，整數(shù)部分為/】、數(shù)部分為:ns = n-n1<3
[0057] 2)采用插值算法計算小數(shù)部分等效采樣值大小。采用的插值算法計算公式為：
[0058] ix=ii+(i〇-ii)*Ns
[0059] 其中ix為小數(shù)采樣點對應(yīng)的等效采樣值大??；iQ為第1點前面一點的采樣值。
[0060] 3)采用梯形算法計算小數(shù)部分相關(guān)的平方積分值。小數(shù)部分對應(yīng)的平方積分值如 下：
[0062]上式中S2為小數(shù)部分對應(yīng)的平方積分值。
[0063] 4)采用梯形積分算法計算整數(shù)部分采樣點平方值積分。采用的梯形積分算法為：
[0065] 其中&為整數(shù)采樣點部分的梯形積分值;ik為第k點采樣值。
[0066] 5)將小數(shù)部分積分值及整數(shù)部分積分值相加得出整個周波的平方積分值，乘以相 關(guān)系數(shù)并經(jīng)開方處理可求出最終的正弦波有效值。計算公式為：
[0068]其中S即為計算的正弦波有效值。
[0069] 本發(fā)明通過采用額定采樣周期及當前波形測量頻率，首先計算出當前波形對應(yīng)的 實際采樣點數(shù)，通過插值算法可計算出采樣點數(shù)的小數(shù)部分對應(yīng)的采樣值大小，并通過梯 形積分算法分別計算出整數(shù)部分及小數(shù)部分采樣值平方積分值，將二者之和乘以相關(guān)系數(shù) 后開放求出波形的有效值。該方法計算出的有效值精度非常高，每周波24點采樣時，實測誤 差優(yōu)于千分之二，完全滿足繼電保護對數(shù)據(jù)精度的要求。
[0070] 上面的實施例中，采用梯形積分算法計算整數(shù)部分采樣點平方值積分和小數(shù)部分 的平方積分，作為其他實施方式，也可以采用其他的積分算法，如矩形積分算法等。
[0071]另外，上面實施例中，采用的插值算法實際上是線性插值算法，作為其他其他實施 方式，也可以采用拋物線插值等非線性插值算法。
[0072]裝置實施例
[0073]本發(fā)明的裝置，包括如下模塊：
[0074] 1)根據(jù)裝置額定頻率及正弦波當前測量頻率計算當前每周波采樣點數(shù)，分別取出 當前每周波采樣點數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分的模塊;計算公式為：
[0076] 其中No為額定頻率下每周波的采樣點數(shù)，fo為額定頻率，fi為實際測量頻率。N為計 算得到的實際采樣點數(shù)，整數(shù)部分為胃? /】、數(shù)部分為ns = n-n1<3
[0077] 2)采用插值算法等效計算小數(shù)部分采樣值大小的模塊；
[0078] 3)計算小數(shù)部分采樣值的平方積分值的模塊；
[0079] 4)計算整數(shù)部分采樣點的平方積分值的模塊；
[0080] 5)將模塊3)、4)所得結(jié)果相加，乘以相關(guān)系數(shù)并經(jīng)開方處理可求出最終的正弦波 有效值的模塊。
[0081 ]上述五個模塊分別與以上方法實施例中的五個步驟相對應(yīng)，即本實施例所述的裝 置是一種包含實現(xiàn)上述方法功能的的軟件構(gòu)件。一般的，這種軟件安裝在繼電保護裝置或 者是電流電壓采集裝置中。
【主權(quán)項】
1. 一種正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算方法，其特征在于，該方法步驟如下： 1) 根據(jù)裝置額定頻率及正弦波當前測量頻率計算當前每周波采樣點數(shù)，分別取出當前 每周波采樣點數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分;計算公式為：其中No為額定頻率下每周波的采樣點數(shù)，fo為額定頻率，A為實際測量頻率。N為計算得 到的實際采樣點數(shù)，整數(shù)部分為M/】、數(shù)部分為^ = #一坪； 2) 采用插值算法等效計算小數(shù)部分采樣值大??； 3) 計算小數(shù)部分采樣值的平方積分值； 4) 計算整數(shù)部分采樣點的平方積分值； 5) 將步驟3)、4)所得結(jié)果相加，乘以相關(guān)系數(shù)并經(jīng)開方處理可求出最終的正弦波有效 值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算方法，其特征在于，所述 步驟2)中插值算法計算公式為： ix=ii+(i〇-ii)*Ns 其中ix為小數(shù)采樣點對應(yīng)的采樣值大??；i〇為第1點前面一點的采樣值。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算方法，其特征在于，所述 步驟3)中小數(shù)部分對應(yīng)的平方積分值如下：上式中S2為小數(shù)部分對應(yīng)的平方積分值。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算方法，其特征在于，所述 步驟4)中采用梯形積分算法：其中S1為整數(shù)采樣點部分的梯形積分值;ik為第k點采樣值。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算方法，其特征在于，所述 步驟5)中的正弦波有效值： 其中S為計算的正弦波有效值6. -種正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算裝置，其特征在于，包括如下模塊： 1)根據(jù)裝置額定頻率及正弦波當前測量頻率計算當前每周波采樣點數(shù)，分別取出當前 每周波采樣點數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分的爐±#.彳+管為：其中No為額定頻率下每周波的采樣點數(shù)，fo為額定頻率，為實際測量頻率。N為計算得 到的實際采樣點數(shù)，整數(shù)部分為M =Lij小數(shù)部分為& = 況. ， * 2) 采用插值算法等效計算小數(shù)部分采樣值大小的模塊； 3) 計算小數(shù)部分采樣值的平方積分值的模塊； 4) 計算整數(shù)部分采樣點的平方積分值的模塊； 5) 將模塊3)、4)所得結(jié)果相加，乘以相關(guān)系數(shù)并經(jīng)開方處理可求出最終的正弦波有效 值的模塊。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算裝置，其特征在于，所述 模塊2)中插值算法計算公式為： ix=ii+(i〇-ii)*Ns 其中ix為小數(shù)采樣點對應(yīng)的采樣值大??；i〇為第1點前面一點的采樣值。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算裝置，其特征在于，所述 模塊3)中小數(shù)部分對應(yīng)的平方積分值如下：上式中S2為小數(shù)部分對應(yīng)的平方積分值。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算裝置，其特征在于，所述 模塊4)中采用梯形積分筧法：其中S1為整數(shù)采樣點部分的梯形積分值;ik為第k點采樣值。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的正弦波頻率緩慢變化時的有效值計算裝置，其特征在于，所 述模塊5)中的正弦波有效值： 其中S為計算的正弦波有效&。
【文檔編號】G01R19/02GK105891585SQ201610200267
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月1日
【發(fā)明人】姚東曉, 倪傳坤, 鄧茂軍, 張景麗, 馬和科, 呂利娟, 王莉, 張哲 , 王東興, 張有學(xué), 孟利平
【申請人】許繼集團有限公司, 許繼電氣股份有限公司, 許昌許繼軟件技術(shù)有限公司, 國家電網(wǎng)公司