一种双端同步交流采样技术的相位误差补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统自动化技术领域，具体地说本发明涉及一种同步交流采样技 术的相位误差补偿方法。
【背景技术】
[0002] 双端同步交流采样技术在电力系统自动化技术领域有着广泛的应用，其中双端采 集数据的时间同步性是一项十分关键的指标，采样时间的误差直接影响到很多自动化装置 的测量精度和策略的执行。影响采集数据时间同步性的因素很多，其时间延时最终体现在 采样信号的相位误差方面。因此迫切需要对同步数据采集系统的相位误差进行补偿，以提 高采样精度。
[0003] 《数字采样法功率测量的相位补偿算法》(赵爱明等，电测与仪表，2006.6)提出了 一种结合仪表具体的校准方法，该方法通过确定其相位偏差来补偿由于相位偏差引起的功 率测量误差，但该方法通过结合仪表进行测量的方法，不利于集成在硬件模块中进行现场 应用。《交流功率测量相位偏移补偿的研究》(张先庭等，电测与仪表，2013.1)分析了电压电 流取样电路，滤波电路，频率测量误差对相差的影响，提出了选取电流与相差曲线拐点作为 相差校准点的分段线性化校正方法，并具体介绍了存在相差时功率测量的补偿方法和步 骤。上述这些方法都比较复杂，并且不便于作为一种方法集成在装置中使用，因此有必要发 展出一种新的便于补偿的方法进行相位误差补偿。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是：提供一种双端同步采样交流技术的相位误差补偿方法，该补偿方 法是基于应用广泛的正弦波三参数拟合算法进行相位误差补偿，从而提高双端同步采样的 时间同步精度。
[0005] 具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：
[0006] 1)获得输电线路双端同步采样信号的数据，设一端为a端，另一端为b端，令a端采 样所得的信号为y a、b端采样所得的信号为yb，贝ijyai，ya2，'"yan为ya的采样值，ybi，yb2，'"ybn为 yb的采样值，n为采样点的数量；
[0007] 令03是7￡1的初相位、01)是71)的初相位，则同步采样相位误差的表达式为Δ θ，Δ θ = 0a_9b；
[0008] 2)构造以下矩阵和表达式：
[0009]
[0010]
[0011]
[0012]
[0013]
[0014] 〇a=( YA-Exa〇)1 ( Ya-Ex3〇 )
[0015] 〇b= (YB-Exb〇)T(YB-Exb〇)
[0016] 其中，ω为已知的采样的数字角频率，!^、1^、23、1^、^、24勾为待求解的构造量； [0017] 令最小时得到xa〇和xb〇的最小二乘解，从而得到ma、ha、Z a、mb、hb、Zi^t^*: 乘解：
[0018] X73〇=(ΕτΕ)_1(ΕτΥα)
[0019] Χ\〇=(ΕΤΕ)-ΗΕΤΥΒ)
[0020] 3)将步骤2)中求得的111￡1、11￡1、1111 )、111)的最小二乘解带入以下表达式，求得93和91):
[0021]
[0022] 其中对于b端采样所得的信号，其初相位为：
[0023]
[0024] 然后根据Δ 0 = 03-04十算得到需要补偿的相位误差Δ Θ。
[0025] 本发明的有益效果如下:本发明基于应用广泛的正弦波参数拟合算法进行相位误 差补。通过相位补偿，能够解决由于数据采集系统如通道间细微延迟、双端触发不完全一致 等原因导致的双端同步交流采样的相位误差问题。该方法能有效提高双端同步交流采样技 术的时间同步性，具有很大的应用价值。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。
[0028] 实施例1:
[0029] 本发明的一个实施例，基于应用广泛的正弦波参数拟合算法进行相位误差补偿， 其原理如图1所示：
[0030] 首先，建立双端数据同步采集的相位误差公式，设一端为a端，另一端为b端，则a端 采样所得的信号和b端采样所得的信号分别为：
[0031] ya = Acos( ω t+9a) (1)
[0032] yb = B cos( ω t+9b) (2)
[0033] 上述式中，3^是&端的采样所得信号，其中A是幅值，ω信号频率，0a是信号的初相 位;y b是b端的采样所得信号，其中B是幅值，ω信号频率，0b是信号的初相位。
[0034] 如果双端采样完全同步，则采样信号y4Pyb的初相位相等。但由于采样过程存在的 采样误差，很多种因素会导致不完全同步，即同步采样存在相位误差Α Θ，这里，A0 = 0a-0b， 即采样信号yb可以表示为：
[0035] yb = B cos( ω t+9b) = =B cos( ω t+9a-Δ Θ) (3)
[0036] 在上式(3)中，ΔΘ即为需要补偿的相位误差。
[0037] 其次，建立采样信号的初相位Θ的表达式：
[0038] 本方法采用的正弦波拟合收敛算法含有四个独立的参数，分别为幅度、频率、相位 和直流分量。而在本方法中，信号的频率已知，正弦波拟合收敛算法只需要将幅度、相位、直 流分量的三参数进行最小二乘拟合即可。即需要采样的信号函数可以表示为：
[0039] y=Kcos( 〇t+9)+Z=mcos 2iift+h sin 2Jift+Z (4)
[0040] 上式(4)中，ω是数字角频率，f是正弦信号函数的频率，K是正弦信号函数的幅值， Θ是正弦信号函数的相位，Z是正弦信号函数的直流分量。
[0041] 进行数字采样后，采样时刻. .，1的采样值分别为yi，y2，y3, . . .，yn，设采 集速度为v，采样间隔时间为At，任一采样时刻t可以表示为：
[0042] ti = i X Δ t = i/v (5)
[0043] 则数字角频率ω可以表示为：
[0044] ω =2jrf/v (6)
[0045] 则正弦信号函数的离散形式为：
[0046] y(i) =mcos( ω i)+h sin( ω i)+Z = pcos( ω ?+θ)+Ζ (7)
[0047] 上式(7)中，正弦信号的数字角频率已知，选取合适的m、h、Z，使下式残差平方和最 小：
[0048]
[0049] 为找出m、h、Z，构造以下矩阵：
[0050]
[0051]
[0052]
[0053] 则戏左f力和73:
[0054] σ = (y-Exo)T(y-Exo) (12)
[0055] 当上式(12)最小时可得到xo的最小二乘解：
[0056] x/〇=(ETE)_1(E Ty) (13)
[0057] 则拟合函数为(i) =mcos( ω i)+h sin( ω i)+Z = pcos( ω i+0)+Z (14)
[0058] m、h、Z是采样信号基于正弦波参数拟合算法计算出的拟合函数的常数。
[0059] 其中：
[0060]
[0061]
[0062]最后，计算双端米样彳目号的初相位9a和
[0063] 根据上面的相位表达式，可以得到基于正弦波参数拟合的函数的双端初相位。其 中对于a端采样所得的信号，其初相位为：
[0064]
[0065]其中，1113、匕是&端采样信号基于正弦波参数拟合算法计算出的拟合函数的常数。
[0066] 其中对于b端采样所得的信号，其初相位为：
[0067]
[0068]其中，mb、hb是b端米样信号基于正弦波参数拟合算法计算出的拟合函数的常数。
[0069] 则可以计算得到需要补偿的相位误差Δ Θ :
[0070] A0 = 0a-0b (19)
[0071] 虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不 脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因 此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
【主权项】
1. 一种双端同步交流采样技术的相位误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 获得输电线路双端同步采样信号的数据，设一端为a端，另一端为b端，令a端采样所 得的信号为ya、b端采样所得的信号为yb，则y ai，ya2，…yar^ya的采样值，ybi，yb2，···ybn为yb的 采样值，η为采样点的数量； 令93是73的初相位、9b是yb的初相位，贝同步采样相位误差的表达式为Α Θ，△ 0 = 0a-0b; 2) 构造以下矩阵和表达式：〇a= (Υα-Εχ3〇)Τ(Υα-Εχ3〇) 〇b= (YB-Exb〇)T(YB-Exb〇) 其中，ω为已知的采样的数字角频率，ma、ha、Za、mb、h b、Zb均为待求解的构造量； 令〇a和〇b最小时得到Xa〇和XbQ的最小二乘解，从而得到此上丄篇^上的最小二乘解： χ/3〇=(ΕτΕ)"1(ΕτΥα) χ\ο=(ΕτΕ)^(ΕτΥβ) 3) 将步骤2)中求得的111￡1、11￡1、1]11)、111)的最小二乘解带入以下表达式，求得 9￡1和91):其中对于b端采样所得的信号，其初相位为：然后根据Α θ = 算得到需要补偿的相位误差Δ Θ。
【专利摘要】本发明公开了一种双端同步交流采样技术的相位误差补偿方法，属于电力系统自动化技术领域。本发明根据双端数据同步采集的相位误差公式，通过最小二乘解得到拟合函数以分别计算出双端采样信号的初相位，即可得到双端同步采样交流技术的相位误差，根据此相位误差进行补偿。因此，本发明能够有效提高双端同步采样的时间同步精度。
【IPC分类】G01R35/00
【公开号】CN105676158
【申请号】CN201510934173
【发明人】王天正, 李雪明, 芦山, 罗剑波, 陈汹, 陈永华, 宋长坡, 朱开阳, 朱石晶, 曲晓蕾, 钟亮民
【申请人】国网山西省电力公司电力科学研究院, 国电南瑞科技股份有限公司
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2015年12月15日