一种同步相量和频率测量动态性能的方法.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CN106324340A(43)申请公布日2017.01.11(21)申请号201610657115.7(22)申请日2016.08.11(71)申请人中国南方电网有限责任公司地址510623广东省广州市天河区珠江新城华穗路6号申请人清华大学(72)发明人黄河徐全刘映尚苏寅生姚海成陆超韩英铎吴京涛(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102代理人林丽明(51)Int.Cl.G01R23/02(2006.01)G01R23/16(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图3页(54)发明名称一种同步相量和频率测量动态性能的方法(57)摘要本发明涉及一种同步相量和频率测量动态性能的方法。本发明提供一种仅通过一个数据窗求取同步相量和频率的方法。本本发明的方法对电力信号模型进行泰勒级数展开，并通过一个数据窗上基波和谐波含量计算相量、频率和频率变化率，响应速度快，可在一个数据窗内求取频率和频率变化率，同时解决了含有谐波情况下相量计算问题。可以广泛应用于电力系统同步相量和频率测量中。CN106324340ACN106324340A权利要求书1/2页1.一种同步相量和频率测量动态性能的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)初始化，确定每周波采样点数N，电力信号模型中幅值和相角的阶数K，离散傅里叶变换的系数gk；(2)信号建模，该方法采用复信号P(t)表示电力信号的动态相量为P(t)＝a(t)ejθ(t)，电力信号x(t)表示为：式中：a(t)和θ(t)分别表示电力信号幅值和相角的多项式；f0为额定频率，为更好反映信号的动态特征，假设相量模型中幅值和相角均为K阶模型，即(3)将a(t)和θ(t)代入电力信号的动态相量P(t)中，并通过泰勒级数展开，化为K阶实部和虚部形式：得：(4)对电力信号x(t)进行每周波N点采样，得离散化信号模型，再对信号模型加窗后进行系数为的DFT变换，本方法选取矩形窗，得到复数域方程：将复数域方程展开成实部虚部形式：T式中：Xk＝[XkRXkI]为第k次傅里叶变换计算结果；Mk＝[Mk0Mk1…MkK]为方程组系数，为信号模型的参数；当k＝0,1,…,K，联立方程组，得：TTTTTTTT式中：X＝[X0X1…XK]；M＝[M0M1…MK]；-1由于gk能预先确定，所以能离线计算出矩阵M，及其逆矩阵M，联立式(2)和式(5)求得计算点处幅值为a0，相角为θ0，当阶数K≥1时，求得频率偏差为θ1/2π；当K≥2，求得频率变化率为θ2/π。2.根据权利要求1所述的同步相量和频率测量动态性能的方法，其特征在于离散傅里-1叶变换系数中gk的选取，应使矩阵M条件数尽量小，避免产生病态，抑制噪声干扰，同时需抑制电力系统谐波干扰；为抑制常见奇次谐波干扰，取1、2、4…，即求电力信号在一个数据窗内基波和2次、4次等谐波含量。2CN106324340A权利要求书2/2页3.根据权利要求1或2所述的同步相量和频率测量动态性能的方法，其特征在于电力信号模型中幅值和相角的阶数K越大，精度越高，但在实际应用中，K越大对同步相量测量装置软硬件资源要求也越高，所以工程应用中需根据实际情况选取。4.根据权利要求3所述的同步相量和频率测量动态性能的方法，其特征在于电力信号模型中幅值和相角的阶数K选取3阶。3CN106324340A说明书1/4页一种同步相量和频率测量动态性能的方法技术领域[0001]本发明涉及电力系统自动测量技术领域，特别涉及一种同步相量和频率测量动态性能的方法。背景技术[0002]近年来，以同步相量测量装置(phasormeasurementunit，PMU)为基础的广域测量系统在电力系统动态过程监视、在线辨识、安全稳定分析以及广域控制等领域中得到广泛的应用。随着广域测量系统应用研究的不断深入，PMU装置对同步相量测量的要求越来越高，其相量算法的快速性将直接影响到相关应用功能的可靠性。[0003]传统离散傅里叶变换算法(简称DFTDiscreteFourierTransform)，在频率偏移额定频率时，由于频谱泄漏，精度难以满足要求。目前已有通过两个数据窗，对DFT计算结果进行修正的相量测量算法，相对于传统的DFT算法，该算法较大的提高了计算精度，但由于需要两个数据窗数据，且信号模型的限制，对突变等动态过程响应速度有限，在幅值时刻变化时难以满足精度要求。已有基于频域动态模型的算法，利用同一数据窗不同频点滤波器的响应来修正DFT的估计结果，提高了对突变等动态过程的响应速度，但无法抑制谐波，且未给出求取频率和频率变化率的方法。发明内容[0004]针对上述问题，本发明的目的是提供一种同步相量和频率测量动态性能的方法，本发明对电力信号模型进行泰勒级数