一种基于dft的同步相量相角测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于DFT的同步相量相角测量方法。
【背景技术】
[0002] 现代电力系统的主要特征体现为大机组、大电厂、大电网、超（特）高压远距离交 直流混合输电，这标志着电力系统的发展水平已经进入一个新的阶段，未来的电力系统将 会表现出一些较小规模电力系统所不具备的新特性。同时，电网运行采用了大量新型控制 技术，如发电机励磁及调速系统、动态无功补偿装置等，使电力系统的动态特性日趋复杂。 与此同时，随着电力市场进程，环境保护要求，使得电网的各种设施不得不以接近运行极限 的方式运行，电网动态稳定问题越来越突出，如何在电网一次系统特性发生改变时，做到对 电网运行的监测，对电网随时可能发生的故障或扰动做出准确及时的判断，以便能够最快 速度采取措施防止电网事故的发生成为当前电网实时动态安全、控制技术领域的重要研宄 方向之一。传统的电力系统监测手段主要是基于数据采集与监视控制系统，即SCADA。但由 于受采样频率和传统模式的限制，一般SCADA信息45s刷新一次，即SCADA系统所表征的是 电网若干秒前的系统状态。因此，SCADA并不能反映系统动态变化特征，不足以捕获系统动 态变化过程，不能满足电网动态监视与评估的要求。
[0003] 相量能够直接反映电力系统静态稳定和暂态稳定状况，是电力系统重要参数之 一。20世纪90年代以来电力通信网络得到快速发展，光纤和数字微波已经构成传输网的 基础，全球定位系统（GPS)作为统一时钟标准已经在电力系统中使用，对不同电网测量点 的电压和电流相角进行同步测量成为可能，标志着准同步数字系列（PHD)传输机制逐渐向 同步数字系统（SDH)转化。如果能够在系统运行时对发母电机线电压相量和发电机功角的 精确测量，就可以准确反映出电力系统动态特性，特别是当电力系统发生低频振荡和故障 扰动等情况下的动态行为特性。对后续电力系统的预警、稳定分析、参数辨识、调度、事故 分析及在线稳定决策都提供了关键参考数据，因此基于同步相量测量技术的广域测量系统 (WAMS)应运而生。
[0004] 同步相量相量装置（PMU)作为提供WAMS系统监视和分析用的动态数据源，而同步 相量估计算法作为PMU的技术核心，其精度直接影响到电力系统的监控、保护和控制。相角 作为相量要素之一，在同步相量测量中的计算方法有过零检测法、DFT算法、最小二乘法、小 波变换法等。DFT在同步采样条件下，由于其原理简单，实现方便，对谐波抑制有较好地抑制 能力而得到广泛运用，但实际电力系统不会始终保持在工频状态，从而出现非同步采样，此 时DFT结果无法满足电力系统故障分析对相角精度的要求，所以，研宄能够应用在电力系 统频率偏移条件下的同步相量相角测量方法，可以为WAMS应用提供保障，有效的提高输电 线的传输容量，减少发生事故时所切负荷量，使电网运行更加稳定。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于DFT的同步相量相角测量方法，以解决DFT算法 在频率偏移情况下相角误差增大的问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于DFT的同步相量相角测量 方法，其特征在于包括以下步骤：
[0007] 步骤Sl :利用频率跟踪技术跟踪电力信号的瞬时频率f，根据所述电力信号的额 定频率f。以及所述瞬时频率f计算出频率偏移率△ λ，再根据所述频率偏移率△ λ以及 所述电力信号的一个周期的采样点数N计算出同步相量相角的固定误差值.△仍；
[0008] 步骤S2 :分别对被测相角点前Ν/8点和后Ν/8点进行DFT，得到相量毛和相量i3， 将所述相量毛乘以相应的旋转因子和系数，毛乘以相应的旋转因子和系数，两者相加获得 新相量i，再计算所述新相量i的相角只》 ;
[0009] 步骤S3 :对步骤S2所得相角％,进行固定误差补偿，得精确的相角测量值0。
[0010] 更进一步的是，所述步骤Sl中频率偏移率Λ λ和固定误差值Δ仍具体计算过程 如下：
[0011]
【主权项】
1. 一种基于DFT的同步相量相角测量方法，其特征在于包括W下步骤： 步骤S1 ;利用频率跟踪技术跟踪电力信号的瞬时频率f，根据所述电力信号的额定频 率f。^及所述瞬时频率f计算出频率偏移率AA，再根据所述频率偏移率AAW及所述 电力信号的一个周期的采样点数N计算出同步相量相角的固定误差值A0; 步骤S2 ;分别对被测相角点前N/8点和后N/8点进行DFT，得到相量i;和相量i3，将所 述相量乘W相应的旋转因子和系数，^3乘W相应的旋转因子和系数，两者相加获得新相 量丈，再计算所述新相量X的相角铅； 步骤S3 ;对步骤S2所得相角做进行固定误差补偿，得精确的相角测量值口。
2. 根据权利要求1所述的基于DFT的同步相量相角测量方法，其特征在于：所述步骤 S1中频率偏移率AA和固定误差值A0具体计算过程如下；
式中；f。为所述电力信号的额定频率，f"= 50化，N为所述电力信号的一个周期的采样 点数。
3. 根据权利要求1所述的基于DFT的同步相量相角测量方法，其特征在于：所述步骤 S2中相角I搞具体计算过程如下： 先对被测相角点相量:与的前N/8点进行一次DFT计算，得相量i;，再利用DFT递推公式 推算出被测相角点相量的后N/8点的相量i;，所述DFT递推公式如下： 扩1=技r+x(N)-x(0)]eJ'2"/N 式中龙为当前DFT值，为下一次DFT值，x(0)为采样数据窗初始数据，x(脚为距 离x(0) -个周期采样点数的采样值。 分别将相量^2和毛乘上相对应的旋转因子和系数后相加，得到新相量；t，取该新相量 的相角口W?其计算公式如下：
式中，z'wa各脚为I的虚部，化口/(々为i的虚部。
4. 根据权利要求1所述的基于DFT的同步相量相角测量方法，其特征在于：所述步骤 S3中精确相角^具体计算过程如下： 口 = 口防-A約 式中；A0为步骤S1所得的固定误差值。
【专利摘要】本发明涉及一种基于DFT的同步相量相角测量方法，包括以下步骤：步骤S1：利用频率跟踪技术跟踪电力信号的瞬时频率f，根据所述电力信号的额定频率fo以及所述瞬时频率f计算出频率偏移率Δλ，再根据所述频率偏移率Δλ以及所述电力信号的一个周期的采样点数N计算出同步相量相角的固定误差值步骤S2：分别对被测相角点前N/8点和后N/8点进行DFT，得到相量和相量将所述相量乘以相应的旋转因子和系数，乘以相应的旋转因子和系数，两者相加获得新相量再计算所述新相量的相角步骤S3：对步骤S2所得相角进行固定误差补偿，得精确的相角测量值本发明能有效提高DFT算法在非同步采用情况下的同步相量相角测量精度，且对谐波有良好的抑制作用。
【IPC分类】G01R25-00
【公开号】CN104793053
【申请号】CN201510192628
【发明人】金涛, 唐晓艳
【申请人】福州大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月22日