基于复频谱共轭插值的电网信号参数估计方法及系统与流程

本发明主要涉及电网，具体涉及一种基于复频谱共轭插值的电网信号参数估计方法及系统。

背景技术：

1、随着大量具有强随机的分布式电源和负荷接入电网，强随机性使电网信号受到强噪声干扰和信号参数快速波动，因此需要在很短观测时间内完成测量才有精确测量的可能性。这给现有基波参数估计方法带来严峻挑战，关系着保护控制系统响应的快速性和准确性，同时会影响电能计量的准确性。因此在强噪声和短观测窗条件下实现电网基波参数准确测量对确保电力系统安全稳定运行有重要意义。

2、国内外研究工作者提出了多种电网参数估计算法，从数学原理方面可分为两大类：参数方法和非参数方法。参数方法包括最大似然估计、prony算法、music算法和矩阵束算法等，需要准确的信号频率成份个数做前置输入才能实现参数的精确估计。非参数方法主要指离散傅里叶变换(discrete fourier transform，dft)类算法，因计算量小和抗噪性强被广泛应用于电网参数估计。然而，dft类算法的测量精确度受到频率泄漏和栅栏效应的制约。为解决上述问题，加窗插值dft(windowed interpolated dft，wipdft)算法被提出。

3、经典的wipdft算法使用频谱中最大的两根或三根谱线的幅值进行插值计算实现频率、幅值和相位参数测量。但是，在现有算法推导过程中，负频率的影响均被忽略不计。但是，当采样信号的周波个数较少时，基波参数的测量精确度会因为这个近似操作而降低。

4、近年来，考虑负频谱影响的wipdft方法已经被提出，进一步提升了频率、幅值和相位参数的估计性能。例如：例如使用复频谱进行加窗三谱线插值，即使信号的测量时间在2.5个周期内，也能实现精确的频率估计。例如提出了基于尺度因子的ipdft算法来减小负频谱的干扰。例如使用信号频谱的实部和虚部来进行插值计算，消除了负频谱对频率估计的影响。然而，在强噪声和短观测窗长同时存在时，上述算法的测量性能并不理想。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种精准快速的基于复频谱共轭插值的电网信号参数估计方法及系统。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

3、一种基于复频谱共轭插值的电网信号参数估计方法，电网信号参数包括频率、幅值和相位，其中频率估计方法具体为：

4、s1、获取n点采样序列x(n)，并对n点采样序列x(n)进行傅立叶变换得到n根dft谱线v[0]，v[1]，...，v[n-1]；

5、s2、获取n根dft谱线中幅度最大的谱线，取其索引值为km，然后以预定准则确定索引值k0、k1和k2；

6、s3、基于索引值k0、k1、k2和过程系数，得到电网频率。

7、优选地，在步骤s2中，幅度最大谱线的位置预先结合采样频率fs和采样点数n计算得到，即km＝50/(fs/n)。

8、优选地，步骤s1的具体过程为：

9、n点采样序列对应的dft谱线为：

10、

11、式中，ωk＝(2π/n)k，k∈[0,n-1]，a0和φ0分别为电压或电流信号的幅值和相位。

12、优选地，步骤s2中的预定准则为：

13、

14、优选地，步骤s3中，基于如下基波频率估计公式得到电网频率；

15、

16、式中，fs为采样频率，为角频率，为过程参数。

17、优选地，步骤s3中，得到过程参数的公式如下：

18、

19、优选地，其中幅值和相位的估计方法中，选择模值最大的dft谱线v[k1]进行幅值和相位估计。

20、优选地，得到幅值估计值的具体公式为：

21、

22、式中p0的估计值通过频率估计值得到。

23、优选地，得到相位估计值的具体公式为：

24、

25、式中p0的估计值通过频率估计值得到。

26、本发明还公开了一种基于复频谱共轭插值的电网信号参数估计系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。

27、与现有技术相比，本发明的优点在于：

28、本发明基于矩形窗和频谱共轭特性设计了新的三谱线插值dft电网信号参数估计方法，该方法推导过程考虑了基波的负频谱成份，利用频谱的复数共轭特性进行插值处理，消除频谱泄漏和栅栏效应，实现参数的快速精确测量。

技术特征：

1.一种基于复频谱共轭插值的电网信号参数估计方法，其特征在于，电网信号参数包括频率、幅值和相位，其中频率估计方法具体为：

2.根据权利要求1所述的基于复频谱共轭插值的电网信号参数估计方法，其特征在于，在步骤s2中，幅度最大谱线的位置预先结合采样频率fs和采样点数n计算得到，即km＝50/(fs/n)。

3.根据权利要求1或2所述的基于复频谱共轭插值的电网信号参数估计方法，其特征在于，步骤s1的具体过程为：

4.根据权利要求3所述的基于复频谱共轭插值的电网信号参数估计方法，其特征在于，步骤s2中的预定准则为：

5.根据权利要求4所述的基于复频谱共轭插值的电网信号参数估计方法，其特征在于，步骤s3中，基于如下基波频率估计公式得到电网频率；

6.根据权利要求5所述的基于复频谱共轭插值的电网信号参数估计方法，其特征在于，步骤s3中，得到过程参数的公式如下：

7.根据权利要求1或2所述的基于复频谱共轭插值的电网信号参数估计方法，其特征在于，其中幅值和相位的估计方法中，选择模值最大的dft谱线v[k1]进行幅值和相位估计。

8.根据权利要求7所述的基于复频谱共轭插值的电网信号参数估计方法，其特征在于，得到幅值估计值的具体公式为：

9.根据权利要求8所述的基于复频谱共轭插值的电网信号参数估计方法，其特征在于，得到相位估计值的具体公式为：

10.一种基于复频谱共轭插值的电网信号参数估计系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1～9中任意一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于复频谱共轭插值的电网信号参数估计方法及系统，此估计方法中的电网信号参数包括频率、幅值和相位，其中频率估计方法具体为：S1、获取N点采样序列x(n)，并对N点采样序列x(n)进行傅立叶变换得到N根DFT谱线V[0]，V[1]，...，V[N‑1]；S2、获取N根DFT谱线中幅度最大的谱线，取其索引值为k<subgt;m</subgt;，然后以预定准则确定索引值k<subgt;0</subgt;、k<subgt;1</subgt;和k<subgt;2</subgt;；S3、基于索引值k<subgt;0</subgt;、k<subgt;1</subgt;、k<subgt;2</subgt;和过程系数，得到电网频率。其中幅值和相位的估计方法中，选择模值最大的DFT谱线V[k<subgt;1</subgt;]进行幅值和相位估计。本发明利用频谱的复数共轭特性进行插值处理，消除频谱泄漏和栅栏效应，实现参数的快速精确测量。

技术研发人员：熊德智,邓汉钧,李庆先,杨帅,欧阳洁,谢伟峰,刘茜
受保护的技术使用者：国网湖南省电力有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13