本发明涉及一种基于多算法融合的宽带多频信号测量方法，属于电力系统稳定与控制
技术领域：
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背景技术：
：近年来，智能电网的快速发展和能源互联网的兴起，使得我国已建成世界上容纳可再生能源最多、输电电压等级最高的超大规模复杂互联电力系统。同时，为有效实现新能源的规模化接入，新一代电力系统呈现出电源类型多、电能变换形式多、电力变换器数量多以及负荷类型需求多等新特征。为提高远距离输电能力和电网功率灵活控制能力，特(超)高压交流或多端柔性直流输电、固定或可控串联补偿成为输电网构架的基本组成单元。各种新型电力电子设备，如固态变压器、静止同步补偿器、可控串联补偿电容器等，取代传统电力设备被广泛应用于电力系统领域。而随着直流输电技术、新能源发电技术以及facts技术的快速发展，传统电网接入大量电力电子设备，电网谐波干扰、低频振荡、次同步振荡等扰动现象更加频繁，及时发现并采取措施抑制系统中的振荡，成为保障电力系统安全、稳定运行亟待解决的关键问题之一。当前pmu、故障录波器和测控装置等测量设备都是针对电网的某一特定运行行为，且某些装置采样频率较低，不能很好适应电网电力电子化引起的日益复杂的不同频率电气量的快速测量需求，不能同时快速、准确的分析基态工频量以及高次谐波、间谐波、低频分量等各种频率分量的中心频率、幅值等主要特征量，为电网扰动的准确监测提供有力保障。技术实现要素：针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于多算法融合的宽带多频信号测量方法，将fft分析、扩展prony算法、grandke频率校正方法、数字滤波器相融合，实现了宽带多频信号各分量参数的准确、快速检测，为监测电力系统低频振荡、次同步振荡等现象提供了有效的监测手段。为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：本发明的一种基于多算法融合的宽带多频信号测量方法，包括以下几个步骤：步骤(1)：对ad采集的含有多分量的宽带多频信号电压、电流进行采样；步骤(2)：通过fft算法检测出步骤(1)中采集信号所含有的各频率成分，包括低频振荡分量、谐波及间谐波分量以及工频分量；步骤(3)：对于低频振荡分量，通过数字低通滤波器滤除其中的高频干扰分量后；再使用扩展现有的prony算法计算各分量的幅值、频率；步骤(4)：对于谐波、间谐波分量，通过数字带通滤波器进行带通滤波，得到除工频分量和低频振荡分量之外的其他频率分量；再使用基于grandke频谱校正的fft方法计算的幅值、频率参数；步骤(5)：对于工频分量，通过数字带通滤波器进行带通滤波，然后使用现有的定间隔采样相量校正算法，得到宽带多频信号中工频分量的相量、频率、频率变化率。步骤(1)中，电流信号重采样频率fs为4khz。步骤(1)中，宽带多频信号电压、电流信号的数学模型如下：式(1)中，xi是宽带多频信号的各频率分量，wi为各频率分量的频率，为各频率分量的初相角，ai为各频率分量的幅值,i为各频率分量下标，i＝1,2,3,…,m，m为频率分量总数，t为时间。对于低频振荡分量，wi频率范围在0.1hz-2.5hz之间；对于工频分量，wi频率范围在45hz-55hz之间。步骤(2)中，fft频谱分析的数据窗长n为4096，且其fft频谱记为x(n)。步骤(3)中，所述数字低通滤波器截至频率为5hz。步骤(4)中，数字带通滤波器的通带频率范围是1hz。步骤(5)中，数字带通滤波器的通带频率范围是10hz，带通滤波器中心频率是50hz。步骤(5)中，通过数字带通滤波器进行带通滤波，得到45hz-55hz的工频分量。本发明将fft分析、扩展prony算法、grandke频率校正方法、数字滤波器相融合，实现了快速分析电力信号中的基态工频量以及高次谐波、间谐波、低频振荡分量等各种频率分量的中心频率、幅值；为及时监测电力系统中的低频振荡、次同步/超同步振荡及谐波分析，采取措施保障机组安全和电力系统稳定运行，提供了一种有效、可靠的手段。附图说明图1为本发明的基于多算法融合的宽带多频信号测量方法工作流程图；图2是含有多分量的电压信号4096点fft频谱图。具体实施方式为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。参见图1，本发明的一种基于多算法融合的宽带多频信号统一快速测量方法，包括以下步骤：步骤(1)：对ad采集的含有多分量的宽带多频信号电压、电流的进行采样；步骤(2)：通过使用fft算法检测出其中的频率成分，实现频带的自动检测与分类；步骤(3)：对于低频振荡分量信号，使用数字低通滤波器后滤除其中的高频干扰分量后，再使用prony算法分析其低频分量参数，包括各分量的幅值、频率；步骤(4)：对于谐波、间谐波分量，经带通滤波器滤除信号的低频成分和高频噪声分量，再经过grandke频谱校正方法分析出各分量的电气参数，包括各分量的幅值、频率；步骤(5)：对于工频分量，则经过带通滤波后，应用定间隔采样相量校正算法，实现动态相量计算，所得分析结果参数包括幅值、频率、相位。步骤(1)中，所述的电流信号重采样频率fs为4khz。步骤(1)所述的宽带多频信号电压、电流信号的数学模型如式(1)所示：式1中xi为宽带多频信号的各频率分量，wi为各分量的频率，为各分量的初相角，ai为各分量的幅值。对于低频振荡分量，wi频率范围通常在0.1hz-2.5hz之间；对于工频分量，wi频率范围通常在45hz-55hz之间。步骤(2)所述的fft频谱分析的数据窗长n为4096，且其fft频谱记为x(n)。步骤(3)所述的低通滤波器截至频率为5hz，且步骤为：步骤(3-1)：对所述宽带多频信号进行低通滤波。步骤(3-2)：对滤波后的信号使用扩展prony算法，分析计算各分量的幅值、频率。步骤(4)所述的带通滤波器通带频率范围是1hz，且步骤为：步骤(4-1)：对所述宽带多频信号进行带通滤波，得到各分量除工频分量和低频分量之外的其他频率分量xi。步骤(4-2)：使用基于grandke频谱校正的fft方法计算xi的幅值、频率参数；步骤(5)所述的带通滤波器通带频率范围是10hz，带通滤波器中心频率是50hz，且步骤为：步骤(5-1)：对所述宽带多频信号进行带通滤波，得到45hz-55hz的工频分量。步骤(5-2)：使用定间隔采样相量校正算法，实现动态相量计算，计算宽带多频信号中工频分量的相量、频率、频率变化率。所施加的仿真信号为：x(n)＝0.5*cos(2*pi*2*n/4000)+0.4*cos(2*pi*15*n/4000)+1*cos(2*pi*50*n/4000)+0.3*cos(2*pi*75*n/4000)+0.4*cos(2*pi*220*n/4000)；对该信号进行4096点fft分析，得到其频谱图如图2所示。由图2可知，经过fft频谱分析后，可得到5个频率分量，其频率分别是f1＝1.953hz，f2＝14.65hz,f3＝49.8hz,f4＝75.2hz,f5＝219.7hz。对于频率为1.953hz的低频分量，经过10hz低通滤波后，再使用扩展prony算法，得到参数如表1(低频分量计算结果)所示：表1序号频率幅值12.003hz0.5005对于频率为14.65hz的次同步分量，经过所选用的带通滤波器(中心频率是14.6hz，通带为1hz)后，再使用grandke频谱校正方法计算其幅值和频率参数，如表2(次同步分量计算结果)所示：表2序号频率幅值114.995hz0.401对于频率为75.2hz的超同步分量，经过所选用的带通滤波器(中心频率是75hz，通带为1hz)后，再使用grandke频谱校正方法计算其幅值和频率参数，如表3(超同步分量计算结果)所示：表3序号频率幅值175.004hz0.1995对于频率为219.7hz的间谐波分量，经过所选用的带通滤波器(中心频率是220hz，通带为1hz)后，再使用grandke频谱校正方法计算其幅值和频率参数，如表4(间谐波分量计算结果)所示：表4序号频率幅值1219.997hz0.4003对于49.8hz的工频分量，使用相量校正算法，结果如表5(工频分量计算结果)所示：表5序号频率幅值150.000hz0.9998以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。当前第1页12