专利名称：一种智能配电网频率信号协同获取方法及电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及依靠较少的频率测量装置，借助通信网络，通过与相邻电路交互频率信号来实现数目庞大的可控负荷频率信号准确、鲁棒获取的一种智能配电网频率信号协同获取方法及电路。
背景技术：
随着人们对能源危机和环境保护意识的深入，风能和太阳能等可再生能源越来越受到人们的关注。大量的风电场和光伏系统接入电网后可以有效缓解电力短缺，起到大幅降低温室气体排放的作用。然而，由于风电和太阳能的随机性，大量风电场和光伏发电接入电网后会造成电网频率波动等一系列问题。智能配电网中地域分散、数目庞大的小容量可控负荷，如电动汽车、智能空调、冰箱和热水器等，参与电网调频引起了人们的广泛关注。针对数以万计的可控负荷，目前采用分散控制方法。在智能配电网中，小区、办公楼宇的可控负荷侧安装频率测量装置，以提供可控负荷参与电网调频所需的频率信号。但由于频率测量存在误差和噪声，每个频率测量装置所获取的频率信号各不相同，这将影响电网调频的控制效果。同时，当频率测量装置故障时，可控负荷丢失频率信号，将导致其无法参与电网的调频。并且这种在数以万计的可控负荷上安装频率测量装置的方式将造成巨大的设备成本，从而失去可控负荷参与电网调频的现实意义，不具可操作性。现有频率信号修正技术主要针对低电压回路中的各种频率信号，设计改进方法来修正电路中的频率值，提高频率信号的准确度。专利号200380105148.1 “信号处理中的采样频率的修正”针对通信系统中的采样频率，根据接收器的不同类型设置滤波方式，从而修正不同技术标准的无线电信号；专利号200510083667.3 “频率修正电路”针对半导体集成电路中的振荡频率，根据周期性输入的复位信号调整时间常数，用于克服由于外部干扰而产生的频率修正数据变化，维持恒定的振荡频率；专利号201010116577.0 “频率误差检测电路、频率误差检测方法及频率修正电路”针对广播系统中的载波频率，采用时间频率变换处理方法，检测频率信号中是否存在误差，从而实现对频率的修正与控制。上述专利技术都未涉及高压电网的频率信号获取方法，没有在不安装频率测量装置的前提下，借助通信网络，通过与相邻设备交互频率信号来进行协同获取，无法在提高频率信号准确度、鲁棒性的同时，实现降低频率测量投资成本的目标。因此，依靠较少的频率测量装置，借助通信网络，通过与相邻电路交互频率信号来实现数目庞大的可控负荷频率信号准确、鲁棒获取的一种智能配电网频率信号协同获取方法及电路亟待研发。
发明内容
为了克服现有技术的不足，发明一种智能配电网频率信号协同获取方法及电路，只需部分可控负荷安装频率测量装置，借助无线通信，通过与其他可控负荷上的频率信号协同获取电路交互频率信号，能够使配有和未配有频率测量装置的可控负荷都获取一致、准确的频率信号，从而提高频率信号的准确度、降低噪声、增加频率测量鲁棒性，减少频率测量投资成本。本发明可以安装在每个参与智能电网调频的可控负荷上，借助与相邻电路通信，交互频率信号来实现数目庞大的可控负荷频率信号准确、鲁棒获取，具有降低噪声，减少频率测量投资成本的功能。—种智能配电网频率信号协同获取方法，其特征在于，包括:
所在区域参加电网调频的可控负荷均装有所述的智能配电网频率信号协同获取电
路；
装在每个可控负荷上的本发明电路接收与之通讯的频率信号协同获取电路的频率获取值和频率测量值，接收配有频率测量装置的频率测量值；
将接收到的每个频率获取值和频率测量值与本电路的频率获取值进行比较求差，得到频率偏差值；
累加所有的频率偏差值，获得频率修正值，并根据频率修正值对频率获取值进行修正，得到新的频率获取值；
判断频率修正值的绝对值是否小于ιοΛ如果大于则将本电路的频率获取值和频率测量值通过无线发射单元，发送至与之通讯的其他频率信号协同获取电路，重复上述步骤，直到频率修正值的绝对值小于ιο_6时，频率获取过程结束。一种智能配电网频率信号协同获取方法，其特征在于:所在区域可控负荷上的发明电路之间的通信网络拓扑构成一个连通网络。一种智能配电网频率信号协同获取方法，其特征在于:当可控负荷配有频率测量装置时，则将频率测量信号输入至本电路；当可控负荷未配有频率测量装置时，本电路中的频率测量信号输入端设为O。一种智能配电网频率信号协同获取电路，其特征在于，包括:
频率测量信号检测单元3，检测频率测量信号输入端的信号，如果不为O则将频率测量信号输出至频率接收锁存单元4 ；
频率接收锁存单元4，接收频率测量信号检测单元3和解调器201的输出信号并储存，将其接收到的频率获取值和频率测量值按队列输出至频率比较单元5 ；
频率比较单元5，接收来自频率接收锁存单元4和频率锁存单元7的输出信号，将频率接收锁存单元4输出的频率获取值和频率测量值与频率锁存单元7输出的频率获取值进行比较，求差得到频率偏差值；
频率修正单元6，接收频率比较单元5的输出信号，累加器601累加频率偏差值，输出频率修正值至函数器602和绝对值单元8，函数器602将频率修正值与频率锁存单元7输出的频率获取值相加，输出新的频率获取值至频率锁存单元7，同时输出一个复位信号至累加器601，使累加器601清零；
频率锁存单元7，接收频率修正单元6中函数器602的输出信号，并将新的频率获取值储存；
绝对值单元8，接收频率修正单元6中累加器601输出的频率修正值，并对其求绝对
值；
频率修正判断单元9，接收绝对值单元8的输出信号，判断频率修正值的绝对值是否小于10_6，如果小于，则输出低电平，反之则输出高电平； 使能控制单元10，接收频率修正判断单元9的输出信号，如果接收到高电平，则将频率锁存单元7中的频率获取值输出至频率发送锁存单元11，反之频率获取过程结束，将频率获取值输出；
频率发送锁存单元11，接收频率测量信号检测单元3和使能控制单元10的输出信号，并将频率测量信号检测单元3输出的频率测量值和使能控制单元10输出的频率获取值输出至调制器202，由无线发射单元102发送至与之通讯的其他频率信号协同获取电路。一种智能配电网频率信号协同获取电路经无线接收单元101，接收与之通讯的其他可控负荷上的频率信号协同获取电路的频率获取值和频率测量值，由解调器201解调后，输出至频率接收锁存单元4。频率测量信号检测单元3检测频率测量信号输入端的信号，如果不为O则将频率测量信号输出至频率接收锁存单元4。频率接收锁存单元4将接收到的频率获取值与频率测量值按队列输出至频率比较单元5。频率比较单元5将接收到的每个频率获取值和频率测量值与频率锁存单元7中储存的频率获取值进行比较求差，将得到的频率偏差值输出至频率修正单元6中的累加器601。累加器601累加频率偏差值得到频率修正值，并将其输出至函数器602和绝对值单元8。函数器602将频率修正值与频率锁存单元7输出的频率获取值相加，输出新的频率获取值至频率锁存单元7，同时输出一个复位信号至累加器601，使累加器601清零。经过上述过程，本频率信号协同获取电路完成一次频率获取。每次频率获取过程结束后，绝对值单元8接收累加器601输出的频率修正值，对其求绝对值，并输出频率修正值的绝对值至频率修正判断单元9。频率修正判断单元9判断频率修正值的绝对值是否大于10_6，如果大于则输出一个高电平信号给使能控制单元10，将频率锁存单元7中的频率获取值输出至频率发送锁存单元11。频率发送锁存单元11将接收到的频率获取值和频率测量值输出至调制器202，由无线发射单元102发送至与之通讯的其他频率信号协同获取电路。同时本电路将继续接收与之通讯的其他频率信号协同获取电路的频率获取值和频率测量值，重复上述的频率获取过程，进一步对频率获取值进行修正，以滤掉频率信号中的噪声，使频率获取值更为精确。直到频率修正值的绝对值小于10_6时，频率修正判断单元9输出低电平信号至使能控制单元10，频率获取过程结束，并将频率锁存单元7中的频率获取值输出。所在区域的其他频率信号协同获取电路的频率获取过程都如上述所示。所在区域的所有频率信号协同获取电路的频率获取过程结束后，最终所获取的频率信号相同，且都为精确的频率信号。如果所在区域的某一频率信号协同获取电路由于相应可控负荷的频率测量装置发生故障，频率测量信号丢失，在相互通讯过程中，该频率信号协同获取电路仍能接收与之通讯的其它频率信号协同获取电路的频率获取值和频率测量值，并对其频率获取值进行协同修正，最终仍能获得精确的频率信号。根据所述的一种智能配电网频率信号协同获取方法，智能配电网中只有部分可控负荷配有频率测量装置，未配有频率测量装置的可控负荷不能获取频率测量信号。由于频率测量存在误差和噪声，每个频率测量装置所获取的频率信号各不相同。通过频率信号协同获取电路对频率信号的处理，根据相互通讯的频率信号协同获取电路的频率获取值和频率测量值的交互，实现了所有频率信号协同获取电路的频率获取值的协同修正，使频率信号更为精确，减少了由于测量误差带来的影响，同时过滤掉一部分噪声。与此同时，未配有频率测量装置的可控负荷同样可以获取准确的频率信号。本发明的有益效果:
本发明对比已有技术具有以下创新点:只需部分可控负荷安装频率测量装置，借助无线通信，通过与其他可控负荷上的频率信号协同获取电路交互频率信号，能够使配有和未配有频率测量装置的可控负荷，以及在某些可控负荷的频率测量装置发生故障时都能获取一致、准确的频率信号，从而提高频率信号的准确度、降低噪声、增加频率测量鲁棒性，减少频率测量投资成本。
图1为所述的一种智能配电网频率信号协同获取电路示意图。图2为所述的一种智能配电网频率信号协同获取电路连接的通讯网络拓扑图。图3为所述的一种智能配电网频率信号协同获取方法的实现原理框图。图4为所述的一种智能配电网频率信号协同获取电路的实现流程图。
具体实施例方式如图2所示，某居民小区有16个可控负荷参与电网调频，每个可控负荷安装上述的一种智能配电网频率信号协同获取电路，其通讯网络拓扑根据相互之间的位置组成一个连通网络。其中可控负荷1、4、9、13配有频率测量装置，其频率测量值分别为
;其余的可控负荷均未配有频率测量装置，频率测量值均为0，16个频率信
号协同获取电路的频率获取值分别为χΓ、χ λ)、χ^、χ 4、χ^、....、χ^。一种智能配电网频率信号协同获取方法的原理框图如图3所示。第一步:16个可控负荷上的每个频率信号协同获取电路接收与之通讯的频率信号协同获取电路的频率获取值和频率测量值，接收配有频率测量装置的频率测量值。根据其连接的通讯网络拓扑图，
智能配电网频率信号协同获取电路I将其频率获取值和频率测量值i发送给与之通讯
的频率信号协同获取电路2和频率信号协同获取电路16，与之类似，其他的频率信号协同获取电路均将本电路的频率获取值和频率测量值发送至相邻的与之通讯的频率信号协同获取电路。第二步:16个频率信号协同获取电路将接收到的每个频率获取值和频率测量值与本电路的频率获取值进行比较求差，得到频率偏差值。第三步:每个频率信号协同获取电路累加所有的频率偏差值，获得频率修正值，并根据频率修正值对频率获取值进行修正，
得到新的频率获取值，分别为χ Α+1 、xf+1>、xf+1)、….、χ； '+1)。第四步:每个频率信号协
同获取电路判断频率修正值的绝对值是否小于10_6，如果大于则将频率信号协同获取电路的频率获取值和频率测量值通过无线发射单元，发送至与之通讯的其他频率信号协同获取电路，重复上述步骤，直到上述16个频率信号协同获取电路的频率修正值的绝对值都小于10_6，频率获取过程结束。通过上述步骤，16个可控负荷协同获取了准确、一致的频率信号。一种智能配电网频率信号协同获取电路的实现流程如图4所示。其中频率信号
协同获取电路I经无线接收单元101，接收频率信号协同获取电路2的频率获取值Xfi,以及频率信号协同获取电路16的频率获取值X1=,由解调器201解码后依次输出至频率
接收锁存单元4。频率测量信号检测单元3在检测到存在频率测量信号巧后，将其输出至频率接收锁存单元4。频率接收锁存单元4将接收到的频率获取值和频率测量值按队列输出至频率比较单元5。频率比较单元5将接收到的频率获取值Xfi和频率测量值
X1分别与频率锁存单元7的频率获取值Xfi进行比较求差，得到频率偏差值-Xfi)、
(Χ；^ - ΧΓ)和(X1 - -τΡ)。频率比较单元5将所有的频率偏差值(X^ - O、(X^ - X^)
ff(x1-xP)依次输出至累加器601。累加器601累加接收到的频率偏差值，输出频率
修正值+4 +XvMkh)至函数器602和绝对值单元8。函数器602将频率修正值
(/2k) +4 +^1-3xf3)与频率锁存单元7输出的频率获取值Xf1相加，得到新的频率获取
值xiW),并输出至频率锁存单元7，同时输出一个复位信号至累加器601，使累加器601清零，一次频率获取过程结束。每次频率获取结束后，绝对值单元8接收累加器601输出的频率修正值，对其求绝对值，并将频率修正值的绝对值输出至频率修正判断单元9。频率修正判断单元9判断频率修正值的绝对值是否大于10_6，如果大于则输出一个高电平信号给使能控制单元10，将频率锁存单元7中的频率获取值输出至频率发送锁存单元11。同时频率发送锁存单元11接
收频率测量信号检测单元3输出的频率测量值Z1，并将接收到的频率获取值xf+1)和频率测
量值’4输出至调制器202，由无线发射单元102发送至与之通讯的频率信号协同获取电路2和16。重复上述的步 骤，直到频率修正值的绝对值小于10_6，频率修正判断单元9输出低电平至使能控制单元10，将频率锁存单元7中的频率获取值输出。其他15个频率信号协同获取电路的频率获取过程如上所述。其中频率信号协同获取电路2、3、5、6、7、8、10、11、12、14、15、16因没有配备频率测量装置，其频率测量值均为
O。由于它们与频率信号协同获取电路1、4、9和13相互通讯，能够接收到配有频率测量装
置可控负荷上的频率获取值、Xf1、々、和频率测量值Z1、X4、X9、X13。16个频率
信号协同获取电路同时协同修正它们的频率获取值。在经过反复的频率获取之后，未配有频率测量装置可控负荷上的频率信号协同获取电路2、3、5、6、7、8、10、11、12、14、15、16同
样能获得准确、一致的频率信号。通讯网络拓扑中，每个频率信号协同获取电路在接收到与之通讯的两个频率信号协同获取电路发送的频率获取值和频率测量值，重复上述的频率获取过程。每一次频率获取都能减少噪声及测量误差带来的影响，所获取的频率信号越来越精确。频率信号获取过程结束时，16个频率信号协同获取电路的频率信号完全一致，此时频率测量装置的测量误差带来的影响降到最小，噪声降到最低。当通讯网络拓扑中某一可控负荷上的频率测量装置发生故障，频率测量值丢失，只要其无线接收单元101工作正常，就能接收到与之通讯的频率信号协同获取电路的频率获取值和频率测量值，仍能获取准确的频率信号，不会造成频率信号丢失时，可控负荷无法参与电网调频的局面。
权利要求
1.一种智能配电网频率信号协同获取方法，其特征在于，包括: 所在区域参加电网调频的可控负荷均装有所述的智能配电网频率信号协同获取电路； 装在每个可控负荷上的本发明电路接收与之通讯的频率信号协同获取电路的频率获取值和频率测量值，接收配有频率测量装置的频率测量值； 将接收到的每个频率获取值和频率测量值与本电路的频率获取值进行比较求差，得到频率偏差值； 累加所有的频率偏差值，获得频率修正值，并根据频率修正值对频率获取值进行修正，得到新的频率获取值； 判断频率修正值的绝对值是否小于10Λ如果大于则将本电路的频率获取值和频率测量值通过无线发射单元，发送至与之通讯的其他频率信号协同获取电路，重复上述步骤，直到频率修正值的绝对值小于ιο_6时，频率获取过程结束。
2.根据权利要求1，所述的一种智能配电网频率信号协同获取方法，其特征在于:所在区域可控负荷上的发明电路之间的通信网络拓扑构成一个连通网络。
3.根据权利要求1，所述的一种智能配电网频率信号协同获取方法，其特征在于:当可控负荷配有频率测量装置时，则将频率测量信号输入至本电路；当可控负荷未配有频率测量装置时，本电路中的频率测量信号输入端设为O。
4.一种智能配电网频率信号协同获取电路，其特征在于，包括: 频率测量信号检测单元3 ，检测频率测量信号输入端的信号，如果不为O则将频率测量信号输出至频率接收锁存单元4 ； 频率接收锁存单元4，接收频率测量信号检测单元3和解调器201的输出信号并储存，将其接收到的频率获取值和频率测量值按队列输出至频率比较单元5 ； 频率比较单元5，接收来自频率接收锁存单元4和频率锁存单元7的输出信号，将频率接收锁存单元4输出的频率获取值和频率测量值与频率锁存单元7输出的频率获取值进行比较，求差得到频率偏差值； 频率修正单元6，接收频率比较单元5的输出信号，累加器.601累加频率偏差值，输出频率修正值至函数器602和绝对值单元8，函数器602将频率修正值与频率锁存单元7输出的频率获取值相加，输出新的频率获取值至频率锁存单元7，同时输出一个复位信号至累加器.601，使累加器601清零； 频率锁存单元7，接收频率修正单元6中函数器602的输出信号，并将新的频率获取值储存； 绝对值单元8，接收频率修正单元6中累加器601输出的频率修正值，并对其求绝对值； 频率修正判断单元9，接收绝对值单元8的输出信号，判断频率修正值的绝对值是否小于10_6，如果小于，则输出低电平，反之则输出高电平； 使能控制单元10，接收频率修正判断单元9的输出信号，如果接收到高电平，则将频率锁存单元7中的频率获取值输出至频率发送锁存单元11，反之频率获取过程结束，将频率获取值输出； 频率发送锁存单元11，接收频率测量信号检测单元3和使能控制单元10的输出信号，并将频率测量信号检测单元3输出的频率测量值和使能控制单元10输出的频率获取值输出至调制器202，由无线发射单元 102发送至与之通讯的其他频率信号协同获取电路。
全文摘要
本发明公开了一种智能配电网频率信号协同获取方法及电路，其中实现方法包括本发明电路接收与之通讯的频率信号协同获取电路的频率测量值和频率获取值；将接收到的频率测量值和频率获取值与本电路的频率获取值求差，累计得到频率修正值，实现对频率获取值的修正。本发明电路包括频率测量信号检测单元、频率接收锁存单元、频率比较单元、频率修正单元、频率锁存单元、绝对值单元、频率修正判断单元、使能控制单元、频率发送锁存单元。本发明电路可安装在智能配电网的每个可控负荷上，通过与相邻电路通信，交互频率信号来实现数目庞大的可控负荷频率信号准确、鲁棒获取，能够降低噪声、减少频率测量投资成本。
文档编号H02J3/02GK103199537SQ201210183000
公开日2013年7月10日 申请日期2012年6月6日 优先权日2012年6月6日
发明者杨洪明, 刘保平, 赖明勇, 黄雨翔, 易德鑫 申请人:长沙理工大学