安全稳定控制装置功率及相位角测量方法、系统及存储介质与流程

1.本发明属于电力系统及其自动化技术领域，尤其涉及一种安全稳定控制装置功率及相位角测量方法、系统及存储介质。


背景技术：

2.电力系统安全稳定控制常将交流功率(以下简称功率)用于切机切负荷等区域稳定控制，将相位角用于失步解列控制。区域稳定控制中，系统运行方式的识别、策略元件的投停判断、故障时的功率瞬时量、控制措施中的功率控制量等都依赖功率的准确计算。例如，某个送电断面开断后需要进行受端切负荷控制，制定的控制策略是根据事故前功率数值进行最小过切控制，若由于功率的计算环节误差为负，则存在过切一个控制对象的可能性。而基于相位角的失步解列控制判据就是根据相位角在四个象限的穿越轨迹来判断系统是否进入失步运行状态。综上所述，功率及相位角的准确测量对电力系统安全稳定控制十分重要。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种安全稳定控制装置功率及相位角测量方法，能够准确测量安全稳定控制装置的功率以及相位角。
4.本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：
5.第一方面，提供了一种安全稳定控制装置功率及相位角测量方法，包括：
6.获取安全稳定控制装置中元件回路的模拟量初相角相较于校准电压的初相角相位偏差值；
7.根据相位偏差值得到时间偏差值；
8.获取当前频率和额定频率下两个相邻采样点间的时间间隔；
9.根据时间偏差值以及所述时间间隔得到元件回路的重采样序列；
10.根据重采样序列得到稳定装置中元件的功率及相位角。
11.结合第一方面，进一步的，所述安全稳定控制装置中元件回路的模拟量初相角相较于校准电压的初相角的相位偏差值获取过程包括：
12.通过继电保护仪给安全稳定控制装置中元件的电压、电流回路输入额定电压和额定电流，给校准电压回路输入额定电压，继电保护仪输出的所有电压、电流回路模拟量的相位差均为0
°
，通过傅里叶算法逐点计算得到元件的电压、电流及校准电压回路当前周波的初相角，找出元件的电压、电流当前周波的初相角和校准电压当前周波的初相角的相位偏差值。
13.结合第一方面，进一步的，所述根据相位偏差值得到时间偏差值包括：
14.采用下式得到时间偏差值
15.16.其中，vm为元件第m条回路的模拟量初相角相较于校准电压的初相角相位偏差值，δt
bm
元件第m条回路的模拟量初相角相较于校准电压的相位的时间偏差值，f0为额定频率。
17.结合第一方面，进一步的，所述获取当前频率和额定频率下两个相邻采样点间的时间间隔包括：
18.根据式(2)得到当前频率下两个相邻采样点间的时间间隔
[0019][0020]
其中，f为当前频率，n0为一个周波内采样点个数，ts'为当前频率下两个相邻采样点间的时间间隔；
[0021]
根据式(3)得到额定频率下两个相邻采样点间的时间间隔；
[0022][0023]
其中，f0为额定频率。
[0024]
结合第一方面，进一步的，所述根据时间偏差值以及当前频率和额定频率下两个相邻采样点间的时间间隔得到元件回路的重采样序列包括：
[0025]
对于元件的所有回路计算数值其中m∈[1,n]，j∈[0,n-1]，m为回路序号，n为该元件所包含的模拟量回路序号的最大值，j为当前采样点开始回退的采样点个数，n为需要重采样的点数；
[0026]
将w
m,j
的整数部分记作p
m,j
，小数部分记作k
m,j
，第m条回路从当前时刻往回退p
m,j
ts时间的原始采样点的电压、电流值记作第m条回路从当前时刻往回退(p
m,j
+1)ts时间的原始采样点的电压、电流值记作第m条回路从当前时刻往回退(p
m,j
+2)
ts
时间的原始采样点的电压、电流值记作则第m条回路从当前时刻往回退jts'时间的重采样点的值
[0027]
根据公式(4)对元件所有回路进行n个点的重采样得到重采样序列。
[0028]
结合第一方面，进一步的，所述根据重采样序列得到稳定装置的功率及相位角包括：
[0029]
将三相电压的回路序号分别用ua、ub、uc表示，三相电流的回路序号分别用三相电压的回路序号，则根据式(5)得到有功功率
[0030][0031]
根据式(6)得到无功功率
[0032][0033]
根据式(7)得到相位角
[0034][0035]
第二方面，提供了一种安全稳定控制装置功率及相位角测量系统，包括：
[0036]
偏差获取模块，用于获取安全稳定控制装置中元件回路的模拟量初相角相较于校准电压的初相角相位偏差值；
[0037]
根据相位偏差值得到时间偏差值；
[0038]
重采样模块，用于获取当前频率和额定频率下两个相邻采样点间的时间间隔；
[0039]
根据时间偏差值以及当前频率和额定频率下两个相邻采样点间的时间间隔得到元件回路的重采样序列；
[0040]
功率及相位角计算模块，用于根据重采样序列得到稳定装置中元件的功率及相位角。
[0041]
结合第二方面，进一步的，所偏差获取模块包括：
[0042]
相位偏差值获取模块，用于通过继电保护仪给安全稳定控制装置中元件的电压、电流回路输入额定电压和额定电流，继电保护仪输出的所有电压、电流回路模拟量的相位差均为0
°
，通过傅里叶算法逐点计算得到元件的电压、电流及校准电压回路当前周波的初相角，找出元件的电压、电流当前周波的初相角和校准电压当前周波的初相角的相位偏差值；
[0043]
时间偏差值获取模块，用于采用下式得到时间偏差值
[0044][0045]
其中，vm为元件第m条回路的模拟量初相角相较于校准电压的初相角相位偏差值，δt
bm
表示元件第m条回路的模拟量初相角相较于校准电压的相位的时间偏差值，f0为额定频率。
[0046]
结合第二方面，进一步的，所述重采样模块中根据时间偏差值以及当前频率和额定频率下两个相邻采样点间的时间间隔得到元件回路的重采样序列包括：
[0047]
对于元件的所有回路计算数值其中m∈[1,n]，j∈[0,n-1]，m为回路序号，j为当前采样点开始回退的采样点个数，n为需要重采样的点数；
[0048]
将w
m,j
的整数部分记作p
m,j
，小数部分记作k
m,j
，第m条回路从当前时刻往回退p
m,j
ts时间的原始采样点的电压、电流值记作则第m条回路从当前时刻往回退jts'时间的重采样点的值
[0049]
根据公式(4)对元件所有回路进行n个点的重采样得到重采样序列。
[0050]
结合第二方面，进一步的，功率及相位角计算模块包括：
[0051]
有功功率计算模块，用于通过式(5)得到有功功率
[0052]
[0053]
无功功率计算模块，用于式(6)得到无功功率
[0054][0055]
相位角计算模块，用于通过式(7)得到相位角
[0056][0057]
其中，ua、ub、uc分别表示三相电压的回路序号，三相电流的回路序号分别用ia、ib、ic表示。
[0058]
本发明有益效果包括：本发明通过获取安全稳定控制装置中元件回路的模拟量初相角相较于校准电压的初相角相位偏差值，继而根据相位偏差值得到时间偏差值，再根据时间偏差值以及当前频率和额定频率下两个相邻采样点间的时间间隔得到元件回路的重采样序列，最终根据重采样序列得到稳定装置中元件的功率及其相位角，实现了基于校准电压，对电压电流采集回路上的调理电路的相移进行补偿，从而提高了元器件功率及相位角的测量精度，为后续的精益控制提供了支撑。
附图说明
[0059]
图1是本发明中回退差值示意图；
[0060]
图2是本发明中是j＝0,1,2时的重采样点位置示意图；
[0061]
图3a是本发明中正常情况下电压信号进入ad进行采集的原理图；
[0062]
图3b是本发明中正常情况下电流信号进入ad进行采集的原理图；
[0063]
图3c是本发明中校准电压信号进入ad进行采集的原理图；
[0064]
图4是本发明的流程图。
具体实施方式
[0065]
为了进一步描述本发明的技术特点和效果，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。
[0066]
功率及相位角的测量误差主要来源于软件及硬件两方面。软件方面主要是算法的选择、截断误差等因素；硬件方面主要是互感器、采集调理电路元器件等都因素。本发明主要关注硬件方面引起的误差以及误差补偿方法，硬件引起的误差一般包含比差和角差两方面。比差通过简单的比例控制即可进行调整，因此本发明默认比差已经由其他环节调整完成，着重解决硬件引起的角差进而提高功率及相位角的测量精度，为精益控制提供支撑。
[0067]
实施例1
[0068]
如图1～图3c所示，本发明提供了一种安全稳定控制装置功率及相位角测量方法，为了实现本方法，在传统的安全稳定控制装置上的交流信号采集板上新增了一路电压校准输入通道，如图3c所示，该通道不使用互感器对电压信号进行采集，而是使用高精度线性电阻进行分压后进入ad，正常情况下电压、电流信号进入ad进行采集原理如图3a、3b所示。
[0069]
如图4所示，本方法主要包括如下步骤：
[0070]
步骤一、获取安全稳定控制装置中元件回路的模拟量初相角相较于校准电压的初相角相位偏差值。
[0071]
假设系统额定为频率f0为50hz，系统当前频率f为51hz，每周波采样n0为24点。比差已经在其他环节调整完毕。
[0072]
通过继电保护测试仪给安全稳定控制装置上某个元件(一条线路或者一个变压器等)的相关电压、电流回路输入额定电压和额定电流，相位差均为0
°
，同时给交流信号采集板上的校准电压输入通道输出额定电压，相位差为0
°
，通过傅里叶算法得到模拟量(电流、电压)的初相角，选取交流信号采集板上的电压校准输入通道为基准电压，计算元件所有相关回路模拟量初相角和校准电压的初相角相位偏差值。
[0073]
具体如下所示：
[0074]
测得额定三相电压ua、ub、uc(其回路序号分别用ua、ub、uc来表示)，额定三相电流ia、ib、ic(其回路序号分别用ia、ib、ic来表示)相对交流信号采集板上的电压校准输入回路相位偏差为：
[0075][0076]
步骤二、根据相位偏差值得到时间偏差值。
[0077]
采用下式得到时间偏差值
[0078][0079]
其中，vm为元件第m条回路的模拟量初相角相较于校准电压的相位偏差值，δt
bm
为元件第m条回路的模拟量初相角相较于校准电压的相位的时间偏差值，f0为额定频率。
[0080]
步骤三、获取当前频率和额定频率下两个相邻采样点间的时间间隔。
[0081]
根据装置事先设定的每周波采样点数n0及测频模块给出的当前频率值f根据式(2)计算得到当前频率下两个相邻采样点间的时间间隔
[0082]
根据式(3)得到额定频率下两个相邻采样点间的时间间隔；
[0083][0084]
具体结果如下：
[0085][0086]
根据公式(2)得到ts'＝816.993μs，根据公式(3)得到ts＝833.333μs。
[0087]
步骤四、根据时间偏差值以及当前频率和额定频率下两个相邻采样点间的时间间隔得到元件回路的重采样序列；
[0088]
对于元件的所有回路计算数值其中m∈[1,n]，j∈[0,n-1]，m为回路序号，j为当前采样点开始回退的采样点个数，n为需要重采样的点数；
[0089]
如图1所示，将w
m,j
的整数部分记作p
m,j
，小数部分记作k
m,j
，第m条回路从当前时刻往回退p
m,j
ts时间的原始采样点的电压、电流值记作第m回路从当前时刻往回退(p
m,j
+1)ts时间的原始采样点的值记为第m回路从当前时刻往回退(p
m,j
+2)ts时间的原始采样点的值记为则第m条回路从当前时刻往回退jts'时间的重采样点的值
[0090]
根据公式(4)对元件所有回路进行n个点的重采样得到重采样序列。
[0091]
以a相电压ua为例，j＝0时，j＝1时，j＝2时，依次计算。
[0092]
如图2所示，计算j＝0,1,2时的重采样点，重复计算j＝3，4，...，n-1时的重采样点的值。
[0093]
步骤五、根据重采样序列得到稳定装置的功率及相位角。
[0094]
将三相电压的回路序号分别用ua、ub、uc表示，三相电流的回路序号分别用三相电压的回路序号，则根据式(5)得到有功功率
[0095][0096]
根据式(6)得到无功功率
[0097][0098]
根据式(7)得到相位角
[0099][0100]
有功功率、无功功率以及相位角，实测结果对比如下表所示：
[0101] 传统方法本发明方法有功功率相对误差最大值0.02％0.005％无功功率相对误差最大值-1.62％-0.02％相位角绝对误差最大值-0.5
°‑
0.005
°
[0102]
元器件偏差离散度大的时候，电压电流采集回路上的调理电路引起的相移就不一致，本发明能对此种情况进行补偿，本发明在安全稳定装置的交流信号采集板上增加了一个校准电压通道，通过获取安全稳定控制装置中元件回路的模拟量初相角相较于校准电压的初相角相位偏差值，继而根据相位偏差值得到时间偏差值，再根据时间偏差值以及当前频率和额定频率下两个相邻采样点间的时间间隔得到元件回路的重采样序列，最终根据重采样序列得到稳定装置中元件的功率及其相位角，实现了基于校准电压，对电压电流采集回路上的调理电路的相移进行补偿，从而提高了元器件功率及相位角的测量精度，为后续的精益控制提供了支撑。
[0103]
实施例2
[0104]
还提供了一种安全稳定控制装置功率及相位角测量系统，包括：
[0105]
偏差获取模块，用于获取安全稳定控制装置中元件回路的模拟量初相角相较于校准电压的初相角相位偏差值；
[0106]
根据相位偏差值得到时间偏差值；
[0107]
重采样模块，用于获取当前频率和额定频率下两个相邻采样点间的时间间隔；
[0108]
根据时间偏差值以及当前频率和额定频率下两个相邻采样点间的时间间隔得到元件回路的重采样序列；
[0109]
功率及相位角计算模块，用于根据重采样序列得到稳定装置中元件的功率及相位角。
[0110]
所偏差获取模块包括：
[0111]
相位偏差值获取模块，用于给安全稳定控制装置中元件的电压、电流回路输入额定电压和额定电流，初相角均为零度，通过傅里叶算法得到电流、电压的初相角，找出其和校准电压的初相角相位偏差值；
[0112]
时间偏差值获取模块，用于采用下式得到时间偏差值
[0113][0114]
其中，vm为元件第m条回路的模拟量初相角相较于校准电压的相位偏差值，δt
bm
表示元件第m条回路的模拟量初相角相较于校准电压的相位的时间偏差值，f0为额定频率。
[0115]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0116]
本技术是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序
指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0117]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0118]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0119]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。