基于频域动态模型的电力信号同步相量测量方法
【专利摘要】本发明公开了基于频域动态模型的电力信号同步相量测量方法，其步骤是，采集电压互感器或电流互感器测得的电网的电压或电流信号，得到电网的电力信号离散序列x(n)，再对电力信号离散序列x(n)进行加窗傅里叶变换，得到偏移50Hz基波ω弧度的2L+1个相量测量预估计值X(ω)；再用基于频域的动态模型进行同步相量测量得到相量预估计值的修正值，经过相移运算，即得到当前时刻trep电网的电力信号的相量值。该方法能够有效减少测量误差，在低频振荡、频率偏移等动态条件下，能够消除或减弱信号基波分量的时变性对相量测量的影响，并大大提高信号的相量测量精度，改善了动态性能。
【专利说明】基于频域动态模型的电力信号同步相量测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力系统中同步相量测量方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球电力市场化和电网区域互联的发展，电网的运行环境日益复杂，其安全 稳定运行问题日益突出，迫切需要提高电网的动态安全监控能力。近年来，广域测量系统 (Wide Area Measurement System, WAM巧作为新的一种电网动态监控系统，为有效的电网 动态安全监控提供了新的技术手段。WAMS中的数据采集和处理方式要求对采集数据的处理 结果是带有精确时标的相量数据。因此，能同步采集电力信号的时间、相位和幅值的同步相 量测量技术是实现WAMS的基础和核屯、。而同步相量测量技术的核屯、是相量估计方法的设 计，估计方法的估计精度将直接影响到WAMS的应用效果。
[000引离散傅里叶变换值iscrete Fourier Transform, DFT)算法具有良好的谐波抑制 特性和快速运算特性，在静态条件下具有较好应用价值，已被广泛应用到同步相量测量中。
[0004] 现有的DFT算法，在非同步采样的情况下存在幅值和频率误差，且随着其非同步 性的增强，误差急剧增大，往往达不到实际应用的要求。当系统频率是随着系统配置参数W 及状态变化而变化时，不能保证采样系统对实测信号一直保持同步采样。对于频率为f的 正弦序列，它的频谱应该只是在f处有离散谱。但是，在利用DFT求它的频谱做了截短，结 果使信号的频谱不只是在f处有离散谱，而是在Wf为中屯、的频带范围内都有谱线出现，它 们可W理解为是从f频率上泄露出去的；同时，对一函数实行采样，即是抽取采样点上的对 应函数值。其效果如同透过栅栏的缝隙观看外景一样，只有落在缝隙前的少数景象被看到， 其余景象均被栅栏挡住而视为零，该种现象视为栅栏效应。
[0005] 因此应用DFT进行相量测量时所引起的频谱泄露和栅栏现象可能会使得DFT算法 产生较大误差，甚至得到一个不可用的结果。并且当电网处于动态过程中，电力信号的频率 及幅值均随着时间变化，算法对信号动态特性的不完全表示也可能会加大DFT算法产生的 误差。DFT算法能够在一定条件和范围下进行同步相量测量，但存在一定的局限性，而相量 测量的准确度直接影响到WAMS的应用效果。同步相量测量不准确最终将导致电网的动态 安全监控能力降低，影响电网的安全稳定运行。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种基于频域动态模型的电力信号同步相量测量方法，该方 法在低频振荡、频率偏移等动态条件下，能更精确的实现电力信号的同步相量测量。
[0007] 本发明为解决其技术问题，所采用的技术方案为：基于频域动态模型的电力信号 同步相量测量方法，其步骤为；
[000引 A、数据采集与预估计处理
[0009] 电网中的电压互感器或电流互感器测量电网的电压或电流信号，采集电压或电流 信号得到电网的电力信号离散序列x(n)，其中n为采样时刻；数字信号处理器对电力信号 离散序列x(n)进行加窗傅里叶变换，得到偏移50化基波《弧度的化+1个相量测量预估 计值X(?)，其中《 =1，Ao，l=〇，±l，±2，…，+L，A 〇为相邻相量预估计值的弧 度差；
[0010] B、修正相量预估计值
[0011] 数字信号处理器对得到的化+1个相量测量预估计值X(?)，用基于频域的动态模 型进行同步相量测量得到相量预估计值的修正值，再经过相移运算，即得到当前时刻tup 电网的电力信号的相量值玄hep)。
[0012] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0013] 本发明首先对电力信号离散序列进行加窗傅里叶变换，利用不同角弧度处的相量 分量获得相量测量预估计值；利用低频带限信号相量及泰勒级数合理表示动态信号模型， 利用相量测量预估计值求得低频带限信号相量的各阶导数；最后进行相移运算，修正相量 估计结果，得到修正后的当前时刻的精确相量值，更准确地实现了相量的同步测量。
[0014] 进一步，本发明的步骤B中基于频域的动态模型用W下方法建立：
[0015] 炬1)数字信号处理器利用泰勒级数近似表示低频带限相量a(t)，
【权利要求】
1. 基于频域动态模型的电力信号同步相量测量方法，其步骤为： A、 数据采集与预估计处理 电网中的电压互感器或电流互感器测量电网的电压或电流信号，采集电压或电流信号 得到电网的电力信号离散序列x(n)，其中n为采样时刻；数字信号处理器对电力信号离散 序列X(n)进行加窗傅里叶变换，得到偏移50Hz基波《弧度的2L+1个相量测量预估计值 X(w)，其中《 =l*A?，l= 〇，±l，±2，…，土L，A?为相邻相量预估计值的弧度差； B、 修正相量预估计值 数字信号处理器对得到的2L+1个相量测量预估计值X(?)，用基于频域的动态模型进 行同步相量测量得到相量预估计值的修正值，再经过相移运算，即得到当前时刻tMp电网的 电力信号的相量值又('）。
2. 如权利1所述的基于频域动态模型的电力信号同步相量测量方法，其特征在于：所 述的步骤B中的基于频域的动态模型用以下方法建立： (BI)数字信号处理器利用泰勒级数近似表示低频带限相量a(t)，
其中，t为当前时刻tMp与基准时刻tm的差，基准时 刻tm为加窗傅里叶变换的数据窗中心时刻，a(k)为低频带限相量a(t)的k阶导数，A为泰 勒级数的误差，K= 2L为泰勒级数的最高阶次；
号的基波频率，Re表示取相量实部； 然后利用欧拉公式，对电力系统动态信号x(t)进行离散化处理， 得到电力信号离散序列x(n)的泰勒级数形式的数学模型X' (n):
;其中，《〇= 2JTfQ/fs，为采样角频率， fs为采样频率；《 (k)为a(k)离散化值，a(k)=a(k)/fsk; (B3)将电力信号离散序列x(n)的数学模型x' (n)进行加窗傅里叶变换，利用偏移 50Hz基波《弧度的分量，得到偏移50Hz基波《弧度的2L+1个相量测量预估计值X(?) 的数学模型X' (?):
其中，N为加窗傅里叶变换的数据窗中的数据个数。
3. 如权利要求2所述的基于频域动态模型的电力信号同步相量测量方法，其特征在 于：所述的步骤B中用基于频域的动态模型进行同步相量测量得到相量预估计值的修正值 的具体方法为： (B4)数字信号处理器将步骤A中得到的2L+1个相量估计值X(?)分别代入相量测量 预估计值X(?)的数学模型X' (?)中，得到2L+1个含未知量a(k)的方程，将这些方程联 立组成方程组；计算出a的各阶导数a(k)，而a(/f)=￡?(/f)///，算出低频带限相量a(t)在基 准时刻tm的各阶导数值a(k)(tm)。
4.如权利要求2所述的基于频域动态模型的电力信号同步相量测量方法，其特征在 于：所述的步骤B中相移运算的具体方法是： (B5)当前时刻由数字信号处理器从GPS系统中获得，将当前时刻t_与基准时刻tm的差t代入B2步中电力系统电力信号相量X(t)的模型X'⑴中，同时将M步得到的 基准时刻tm的a(t)的各阶导数a(k)(tm)，代入B2步中电力系统电力信号相量X(t)的模型 X'⑴中，即得到当前时刻tMp电网的电力信号的相量值於'）：
【文档编号】G01R23/16GK104502703SQ201410767786
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月13日 优先权日:2014年12月13日
【发明者】符玲, 韩文朕, 何正友, 麦瑞坤 申请人:西南交通大学