一种适用于频率偏移的电力系统相量计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于频率偏移的电力系统相量计算方法，包括以下步骤：对三相信号进行同步定时间间隔离散化采样，对采样值序列进行低通滤波，并对系统频率进行实时精确测量，得到系统频率f；根据不同的系统状态以及系统频率范围，分别选择定窗长傅里叶变换算法、变窗长傅里叶变换算法、相量修正正序补偿算法或者变窗长正序补偿算法来计算相量的幅值和相角。本发明有益效果：只取一个周期的采样数据，内存占用小；三相数据可以并行运算，计算速度快；精度非常高，相角误差在0.1°以内，幅值误差在0.1%以内。适合于能够得到准确频率值、要求相量测量精度高、计算速度快的场合。该方法适用于当前智能电网对相量的测量要求。
【专利说明】一种适用于频率偏移的电力系统相量计算方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统中的相量测量【技术领域】，具体涉及一种电力系统中适用于频率偏移情况下的高精度相量计算方法。
【背景技术】
[0002]电力系统中的相量是一个重要的观测量，它包括幅值和相位。电力系统安全自动装置要实时测量其值，并根据电压、电流的相量变化做出相应的控制措施。当前智能化变电站中普遍采用PMU对电力系统的电压、电流相量进行测量，计算方法几乎均是基于傅里叶变换来计算幅值和相位。由于电力系统实际的频率是波动的，不能持续稳定地保持在工频50Hz，传统的锁相处理技术已经不再适用于一块A/D转换器对频率不同的多路相量进行A/D采样。同时《电力系统实时动态监测系统技术规范》要求，PMU采样频率是常量，当频率偏移50Hz时，采样频率不是信号频率的整数倍，在这种情况下使用传统傅里叶算法会产生很大的误差。因此必须对傅里叶变换所得结果进行修正，减小测量误差。
[0003]随着电力系统不断地发展完善，对相量测量的精度要求也大大地提高。而当前的相量算法要么为了满足精度，使傅里叶变换后的修正非常麻烦，计算量很大；要么为了满足计算速度，牺牲测量精度。目前仍没有合适的算法能够在顾及计算成本的基础上，满足实际的相量测量精度，并且适用于严重频率偏移以及各种系统运行方式情况。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种适用于频率偏移的电力系统相量计算方法，本方法利用电力系统中的三相采样数据，根据不同的系统状态以及频率范围，选择相应的修正公式以及采样窗长，实现高精度的相量快速实时测量。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种适用于频率偏移的电力系统相量计算方法，包括以下步骤:
[0007](I)对三相信号进行同步定时间间隔离散化采样，对采样值序列进行低通滤波，并对系统频率进行实时精确测量，得到系统频率f。
[0008](2)根据不同的系统状态以及系统频率范围，分别选择定窗长傅里叶变换算法、变窗长傅里叶变换算法、相量修正正序补偿算法或者变窗长正序补偿算法来计算相量的幅值和相角。
[0009]所述步骤(2)的具体方法为:
[0010]系统频率值在50.0OHz±0.0lHz范围内时，直接采用离散傅里叶变换算法:将单相采样序列进行离散傅里叶变换，选取采样窗长为工频下每周期固定采样点数N，得到的相量X即为测量结果。
[0011]当电力系统三相平衡，即系统只包含正序分量，且系统频率在50.00Hz±0.0lHz所述范围以外时，采用相量修正正序补偿算法:将三相采样序列分别进行离散傅里叶变换，选取采样窗长为工频下每周期固定采样点数N，得到对应同一时刻的三个相量ΧΑ’、ΧΒ’、Χ。’，根据三相相量求取正序分量X1;对向量X1进行修正，得到最终的测量结果X。
[0012]当电力系统三相平衡，即系统只包含正序分量，且系统频率在50.00Hz±0.01Hz所述范围以外时，还可以采用变窗长离散傅里叶变换算法:将单相采样值序列进行离散傅里叶变换，选取采样窗长为M，得到的相量X即为测量结果，其中M为正整数。
[0013]所述步骤(2)的具体方法为:
[0014]当电力系统三相不平衡，即系统包含正序分量、负序分量和/或零序分量，且系统
频率满足
【权利要求】
1.一种适用于频率偏移的电力系统相量计算方法，其特征是，包括以下步骤: (1)对三相信号进行同步定时间间隔离散化采样，对采样值序列进行低通滤波，并对系统频率进行实时精确测量，得到系统频率f; (2)根据电力系统三相是否平衡以及电力系统频率范围的不同，分别选择定窗长傅里叶变换算法、变窗长傅里叶变换算法、相量修正正序补偿算法或者变窗长正序补偿算法来计算相量的幅值和相角。
2.如权利要求1所述的一种适用于频率偏移的电力系统相量计算方法，其特征是，所述步骤(2)的具体方法为: 系统频率值在50.0OHz±0.01Hz范围内时，直接采用离散傅里叶变换算法:将单相采样序列进行离散傅里叶变换，选取采样窗长为工频下每周期固定采样点数N，得到的相量X即为测量结果。
3.如权利要求1所述的一种适用于频率偏移的电力系统相量计算方法，其特征是，所述步骤(2)的具体方法为: 当电力系统三相平衡，即系统只包含正序分量，且系统频率在50.00Hz±0.01Hz所述范围以外时，采用相量修正正序补偿算法:将三相采样序列分别进行离散傅里叶变换，选取采样窗长为工频下每周期固定采样点数N，得到对应同一时刻的三个相量XA’、XB’、X。’，根据三相相量求取正序分量X1 ;对向量X1进行修正，得到最终的测量结果X。
4.如权利要求1或3所述的一种适用于频率偏移的电力系统相量计算方法，其特征是，当电力系统三相平衡，即系统只包含正序分量，且系统频率在50.00Hz±0.01Hz所述范围以外时，还可以采用变窗长离散傅里叶变换算法:将单相采样值序列进行离散傅里叶变换，选取采样窗长为M，得到的相量X即为测量结果，其中M为正整数。
5.如权利要求1所述的一种适用于频率偏移的电力系统相量计算方法，其特征是，所述步骤(2)的具体方法为: 当电力系统三相不平衡，即系统包含正序分量、负序分量和/或零序分量，且系统频率满足NFO/M±0.01ΗΖ时，采用变窗长离散傅里叶变换算法:将单相采样值序列进行离散傅里 叶变换，选取采样窗长为Μ，得到的相量X即为测量结果，其中M为正整数。
6.如权利要求1所述的一种适用于频率偏移的电力系统相量计算方法，其特征是，所述步骤(2)的具体方法为: 当电力系统三相不平衡，即系统包含正序分量、负序分量和/或零序分量，且系统频率 Mf在t ± 0_01 HZ范围以外时，采用变窗长正序补偿算法: 根据系统频率f确定采样窗长M，将三相采样序列分别进行采样窗长为M的离散傅里叶变换，得到对应同一时刻的三个相量V、XB’、Xc’ ； 根据三个相量V、XB’、XC’求取正序分量X1，对向量X1进行修正，修正后的相量X即为测量结果。
7.如权利要求2-6所述的任一种适用于频率偏移的电力系统相量计算方法，其特征是，所述将采样序列进行离散傅里叶变换方法为:
8.如权利要求3或6所述的一种适用于频率偏移的电力系统相量计算方法，其特征是，所述求取正序分量的方法为: 假设以A相为基准相，则
9.如权利要求3或6所述的一种适用于频率偏移的电力系统相量计算方法，其特征是，所述对正序向量X1进行修正的方法为:
10.如权利要求4-6所述的任一种适用于频率偏移的电力系统相量计算方法，其特征是，所述采样窗长M的确定方法为:
【文档编号】G01R25/00GK103884910SQ201410142911
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日
【发明者】刘世明, 郭韬, 吴聚昆, 李建辉, 王仲哲, 肖迈 申请人:山东大学