基于多频率-泰勒模型滤除衰减直流的动态相量测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111398731A(43)申请公布日2020.07.10(21)申请号202010156703.9(22)申请日2020.03.09(71)申请人西南交通大学地址610031四川省成都市二环路北一段111号(72)发明人符玲熊思宇喻玲周漩刘新闯潘晨玥(74)专利代理机构成都聚蓉众享知识产权代理有限公司51291代理人刘艳均(51)Int.Cl.G01R31/08(2006.01)G01R31/52(2020.01)G01R23/165(2006.01)G01R19/00(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图1页(54)发明名称基于多频率-泰勒模型滤除衰减直流的动态相量测量方法(57)摘要本发明公开了一种基于多频率-泰勒模型滤除衰减直流的动态相量测量方法，涉及电力系统动态相量测量领域，解决了在电力系统发生单相接地故障条件下故障电流信号动态波动和衰减直流分量同时存在时，测量精度急剧降低的问题，本发明包括如下步骤：步骤1：定义子相量Pi(t)，将每个子相量展开构建多频率-泰勒动态模型，建立直流分量模型b(t)，结合成滤除衰减直流分量的复合模型xDC(t)，采样得到离散化复合信号模型xDC(n)；步骤2：采样信号并获取相量预估计值调用离线计算矩阵H；步骤3：所得数据输入模型求解泰勒导数矩阵ΛDC，输出报告时刻的滤除衰减直流分量后的相量最终估计值Xest；本发明实现了在故障条件下的精确相量测量，为保护类PMU装置的算法设计提供了切实可行的方案。CN111398731ACN111398731A权利要求书1/3页1.基于多频率-泰勒模型滤除衰减直流的动态相量测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将多个频率分布在基频附近的间谐波分量定义为子相量Pi(t)，并将每个子相量通过泰勒级数进行展开构建多频率-泰勒动态模型，用于表示信号的基频分量Xfun(t)，根据电力系统单相接地后产生故障电流的动态特性，建立直流分量模型b(t)，并将其与多频率-泰勒模型结合成滤除衰减直流分量的复合模型xDC(t)，再将其采样得到离散化复合信号模型xDC(n)；步骤2：采样信号并采用短时傅里叶变换获取电力信号在采样时刻的相量预估计值离线计算的系数矩阵H并存表，再通过相量估计值历史数据获取基频的预估计值调用离线计算矩阵H；步骤3：将步骤2所得数据输入步骤1所建立的含衰减直流分量的多频率-泰勒动态复合模型求解泰勒导数矩阵ΛDC，输出报告时刻的滤除衰减直流分量后的相量最终估计值Xest。2.根据权利要求1所述的基于多频率-泰勒模型滤除衰减直流的动态相量测量方法，其特征在于，所述步骤1包括如下步骤：步骤1.1：将动态条件下的基波相量Xfun(t)分解为若干个频率分散在基频附近的子相量成分Pi(t)：其中，Pi(t)表示构成基波相量的若干个子相量成分，i表示Pi(t)的编号，其取值范围为i＝1,2,3,…,I；ai(t)和fi分别表示第i个子向量所对应的低频带限相量和旋转频率；步骤1.2：为有效地描述单相接地后故障电流中衰减直流分量的动态特性，引入一组衰减指数函数建立直流分量模型b(t)，并将其与步骤1.1中所述的基频分量Xfun(t)组合得到含滤除衰减直流分量的复合电力信号模型xDC(t)：其中，b(t)＝λe-t/τ代表复合模型中的直流分量部分，λ和τ分别代表直流分量的幅值和衰减时间系数；步骤1.3：由于电力系统是一个巨大的动态系统，电力信号的基频分量和直流分量中的信号参数会随时间发生动态变化，故将其在短时间内分别进行泰勒展开以表示其各自的动态特性：(k)其中，Ki和K0分别表示第i个子向量和直流分量的泰勒导数的最高阶次，和b分别2CN111398731A权利要求书2/3页表示它们在t时刻的第k阶泰勒导数，Δi和Δb分别表示它们的总泰勒近似误差；步骤1.4：由于计算机能够处理的信号为离散信号，因此需要将步骤1.1～1.3得到的连续信号模型离散化：其中，离散采样序列n＝tfs；ωi＝2πfi/fs表示离散采样后模型的归一化频率；基频分量泰勒导数直流分量泰勒导数“*”表示共轭计算；fs表示采样系统的采样频率。3.根据权利要求1所述的基于多频率-泰勒模型滤除衰减直流的动态相量测量方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：步骤2.1：基于复合信号的离散模型，以tref为算法输出结果的参考时刻，基于时频分析的方法利用多个不同频点的离散傅里叶变换滤波器，采用窗函数序列h(n)对采样信号序列xDC(n)进行相量的STFT初步估计：其中，m和j分别表示数据窗和DFT滤波器的序号，M和J分别对应它们的最大值；表示DFT滤波器的滤波频点，它们通常分布在电力系统额定频率(50Hz)附近，N表示数据窗h(