定频采样方式下的相量补偿算法及补偿系统的制作方法

本发明涉及一种定频采样方式下的傅里叶相量补偿算法及补偿系统。

背景技术

对于电力系统测量、保护、控制等应用而言，利用离散傅里叶变换准确求取相量的前提是，采样频率跟随信号频率实时变化。设freal是信号实际频率，预设的每周波采样点个数为n，则在采样频率fsample＝n×freal的情况下，可以准确计算出傅里叶相量。设信号预设频率即如fmeas＝freal，则表示采样频率跟随于信号频率，此时计算出来的傅里叶相量是无误差的。

电力系统控制类产品有时可能接入多个间隔的电气量，这些多个间隔之间的信号频率可能是不同的。比如线路保护中同时接入了线路电压、母线电压，在线路开关断开的情况下，可能存在线路、母线两者频率不同的情况。装置的采样频率只能是一个，无法满足同时跟随于两个信号频率的要求。假设线路电压的频率与母线电压频率不同，此时至少对于线路、母线的其中一者，装置采样频率无法跟随之。那么对于采样频率无法跟随的电气量，用普通傅里叶变换计算所得的傅里叶相量存在误差，直接使用含误差的傅里叶相量进行保护控制逻辑计算判断，将无法保证装置动作行为的正确性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种定频采样方式下的相量补偿算法及补偿系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种定频采样方式下的相量补偿算法，包括：通过两个连续且间隔为n/2个采样点的采样数据窗数据计算对应的递推傅里叶相量；若频率偏差值不小于频率偏差比较阈值，则将上述求得的递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式，以求解得到真实傅里叶相量；其中所述频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差。

进一步，通过两个连续且间隔为n/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量的方法包括：

对于电气量通道，设有定频采样数据序列，即

x0,x1,x2....xn/2,xn/2+1....xn-1,xn,...x3n/2-1；

从上述采样数据序列中选取x0,x1,x2....xn-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量以及

从上述采样数据序列中选取xn/2,xn/2+1....x3n/2-1，并通过递推的离散傅里叶变换，计算得到递推傅里叶相量

其中n是预设的每周波采样点个数，即离散傅里叶变换的数据窗长度。

进一步，所述频率偏差值的计算方法包括：

设定信号实际频率为freal，信号预设频率为fmeas，则

频率偏差值△f＝freal-fmeas；以及

设定所述频率偏差比较阈值ε；

若频率偏差值△f不小于频率偏差比较阈值ε，则补偿计算真实傅里叶相量。

进一步，将两个递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式，以求解得到真实傅里叶相量的方法包括：

对于r＝0，递推傅里叶相量展开如下：

对于r＝n/2，递推傅里叶相量展开如下：

上式中，

设定

则上述公式(1)和公式(2)对应以下公式(3)和公式(4)，即

求出对应的真实傅里叶相量以及

对应的真实傅里叶相量

又一方面，本发明还提供了一种用于电力系统的测量计算方法，即利用固定采样频率获取采样数据进行递推傅里叶相量计算，获得定频采样方式下的递推傅里叶相量之后，使用补偿算法消除因固定采样频率未跟踪于信号实际频率所导致的相量固有误差。

进一步，所述递推傅里叶相量补偿算法适于采用上述定频采样方式下的相量补偿算法，以求解得真实傅里叶相量。

第三方面，本发明还提供了一种补偿系统。

所述补偿系统包括：

相量计算模块、频率偏差值判定模块和真实相量计算模块；其中

所述相量计算模块适于使用两个连续且间隔为n/2个采样点的采样数据窗数据计算相应的递推傅里叶相量；

所述频率偏差值判定模块适于将频率偏差值与频率偏差比较阈值进行比较，其中所述频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差；

若频率偏差值不小于频率偏差比较阈值，则通过所述真实相量计算模块将上述递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式，以求解得到真实傅里叶相量。

进一步，两个连续且间隔为n/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量，即

对于电气量通道，设有定频采样数据序列，即

x0,x1,x2....xn/2,xn/2+1....xn-1,xn,...x3n/2-1；

从上述采样数据序列中选取采样数据序列x0,x1,x2....xn-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量以及

从上述采样数据序列中选取与前述采样数据序列间隔n/2个采样点的采样序列xn/2,xn/2+1....x3n/2-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量

其中n是预设的每周波采样点个数，即离散傅里叶变换的数据窗长度。

进一步，所述频率偏差值，即

设定信号实际频率为freal，信号预设频率为fmeas，则

频率偏差值△f＝freal-fmeas；以及

设定所述频率偏差比较阈值ε；

若频率偏差值△f不小于频率偏差比较阈值ε，则计算真实傅里叶相量。

进一步，将两个递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式，以求解得到真实傅里叶相量，即

对于r＝0，递推傅里叶相量展开如下：

对于r＝n/2，递推傅里叶相量展开如下：

设定

则上述公式(1)和公式(2)对应以下公式(3)和公式(4)，即

联立公式(3)和公式(4)

求出对应的真实傅里叶相量以及

对应的真实傅里叶相量

本发明的有益效果是，本发明利用固定采样频率获取的采样数据进行傅里叶相量计算，采用修正算法消除因采样频率未跟踪于信号频率带来的固有误差，还原以得到真实傅里叶相量，进而避免因采用含有误差的傅里叶相量进行保护控制逻辑判断，造成装置动作行为不正确。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明中self_part、conj_part以及递推计算情况下，相应相量的旋转关系示意图；

图2是本发明的补偿系统的原理框图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本实施例提供了一种定频采样方式下的相量补偿算法，包括：

通过两个连续且间隔为n/2个采样点的采样数据窗数据计算对应的递推傅里叶相量；

若频率偏差值不小于频率偏差比较阈值，则将上述求得的递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式，以求解得到真实傅里叶相量；其中

所述频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差。

在本实施例中，假设实际信号正弦量为其中x是正弦量幅值，是正弦量初始相角，freal是信号实际频率。假设采样频率fsample＝n×fmeas，fmeas是测量程序预设的信号频率(可能fmeas＝freal，也可能fmeas≠freal)，n是测量程序预设的每周波采样点个数，即离散傅里叶变换的数据窗长度。

定义离散递推傅里叶变化其中是采样间隔时间。考虑△f＝freal-fmeas；并且△f可以为0，且以下所有描述亦成立。

此处的r表示第r次计算。当前时刻假设有x0,x1,x2....xn-1，表示一个周波的等间隔的采样点数据(定频采样数据序列，且采样间隔)，使用该数据窗的数据进行计算时，可认为r＝0；到下一个采样点(时间又过了△t)，采样数据窗为x1,x2....xn，使用该数据窗数据进行计算时，可认为r＝1，r可以一直到无穷大。因为三角函数是周期函数，所以即便r可以取值无穷大，一共有n个独立值(0～n-1)。

故化简离散递推傅里叶变换得：

其中与互为共轭，即两个相量以实轴x轴为对称轴。定义

self_part、conj_part以及递推计算情况下，相应相量的旋转关系如图1所示；其中将self_part定义为本项，conj_part被定义为尾项。

在本实施例中，通过两个连续的且间隔为n/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量的方法包括：对于电气量通道，设有定频采样数据序列，即

x0,x1,x2....xn/2,xn/2+1....xn-1,xn,...x3n/2-1；

从上述采样数据序列中选取x0,x1,x2....xn-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量以及

从上述采样数据序列中选取xn/2,xn/2+1....x3n/2-1，并通过递推的离散傅里叶变换，计算得到递推傅里叶相量

其中n是预设的每周波采样点个数，即离散傅里叶变换的数据窗长度。

进一步，所述频率偏差值的计算方法包括：设定信号实际频率为freal，信号预设频率为fmeas，则频率偏差值△f＝freal-fmeas；以及设定所述频率偏差比较阈值ε；若频率偏差值△f不小于频率偏差比较阈值ε，则通过补偿计算出真实的傅里叶相量；否则不做补偿计算，认为此时递推计算所得傅里叶相量就是真实的。(认为|△f|很小时，傅里叶相量即便存在一定误差，也可以忽略不计，因|△f|很小，系数k1很小(系数k1的定义见以下实施例)，会引入数据震荡，工程经验ε＝0.3)ε可以描述为测量系统认定的信号预设频率与信号实际频率(freal)之间的偏差比较阈值。

将以上两个递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式，以求解得到真实傅里叶相量的方法包括：

对于r＝0，递推傅里叶相量展开如下：

对于r＝n/2，递推傅里叶相量展开如下：

上式中，设定

将k1、k2、和θ带入公式(1)和(2)中得到

求出对应的真实傅里叶相量以及

对应的真实傅里叶相量

对于递推的离散傅里叶变换，如果freal＝fmeas，△f＝0，则经过计算有当freal≠fmeas，△f≠0，相比于相角步进弧度。

可以利用真实傅里叶相量参与控制保护的逻辑运算，在保护专业里面求得傅里叶相量之后，即可以求幅值、相角、做方向计算等。

本实施例还提供了一种用于电力系统的测量计算方法。

本测量计算方法包括：利用固定采样频率获取采样数据进行递推傅里叶相量计算，获得定频采样方式下的递推傅里叶相量之后，使用补偿算法消除因固定采样频率未跟踪于信号实际频率所导致的相量固有误差。

本测量计算方法包括：所述递推傅里叶相量补偿算法适于上述定频采样方式下的相量补偿算法，以求解得真实傅里叶相量。

本实施例还提供了一种补偿系统，包括：

相量计算模块、频率偏差值判定模块和真实相量计算模块；其中

所述相量计算模块适于通过两个连续且间隔为n/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量；

所述频率偏差值判定模块适于将频率偏差值与频率偏差比较阈值进行比较，其中所述频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差；

若频率偏差值不小于频率偏差比较阈值，则通过所述真实相量计算模块将上述递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式，以求解得到真实傅里叶相量。

通过间隔n/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量，即

对于电气量通道，设有定频采样数据序列，即

x0,x1,x2....xn/2,xn/2+1....xn-1,xn,...x3n/2-1；

从上述采样数据序列中选取采样数据序列x0,x1,x2....xn-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量以及

从上述采样数据序列中选取与前述采样数据序列间隔n/2个采样点的采样序列xn/2,xn/2+1....x3n/2-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量

其中n是用于预设的每周波采样点个数，即离散傅里叶变换的数据窗长度。

所述频率偏差值，即

设定信号实际频率为freal，信号预设频率为则

频率偏差值△f＝freal-fmeas；以及

设定所述频率偏差比较阈值ε；

若频率偏差值△f不小于频率偏差比较阈值ε，则补偿计算出真实傅里叶相量。

将两递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式，以求解得到真实傅里叶相量，即

对于r＝0，递推傅里叶相量展开如下：

对于r＝n/2，递推傅里叶相量展开如下：

设定

则上述公式(1)和公式(2)对应以下公式(3)和公式(4)，即

联立公式(3)和公式(4)

求出对应的真实傅里叶相量以及

对应的真实傅里叶相量

在本实施例中的真实傅里叶相量求解步骤在定频采样方式下的相量补偿算法已经进行说明，此处不再赘述。

本发明的相量补偿算法可用于电力系统的测量计算。方法是利用固定采样频率获取采样数据进行傅里叶相量计算，采用补偿算法消除因采样频率未跟踪信号频率带来的固有误差，还原以得到真实傅里叶相量，进而避免因采用含有误差的傅里叶相量进行保护控制逻辑判断，造成装置动作行为不正确。以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。