一种考虑带外干扰的电力系统频率测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑带外干扰的电力系统频率测量方法，涉及电力系统频率测量领域，用以解决现有技术下用于测量电力系统频率的泰勒模型测量算法没有考虑带外干扰的建模，从而导致测量误差大，难以满足测量精度要求的问题，本发明专利技术先对带外干扰和基波信号的频率进行预估处理，再使用基于泰勒模型的频率算法修正粗估频率测量预估值，最后通过求解泰勒模型中的高阶参数可求得频率精确值，本发明专利技术在考虑带外干扰和基波信号后，使用修正的泰勒模型算法求解精确频率，能够有效减少测量误差，在频率偏移较大和带外干扰同时存在的工况下，能够消除或减弱信号频谱泄漏对频率测量的影响，大大提高信号的相量测量精度，满足测量要求。

A frequency measurement method for power system considering external interference

The invention discloses a power system frequency measurement method considering out-of-band interference, which relates to the field of power system frequency measurement. It is used to solve the problem that Taylor model measurement algorithm used to measure power system frequency under the existing technology does not consider the modeling of out-of-band interference, resulting in large measurement error and difficulty in meeting the measurement accuracy requirements. The method first estimates the frequency of the out-of-band interference and the fundamental wave signal, then uses the frequency algorithm based on Taylor model to revise the estimation of the roughly estimated frequency measurement. Finally, the accurate value of the frequency can be obtained by solving the higher-order parameters of Taylor model. After considering the out-of-band interference and the fundamental wave signal, the method uses repair. The positive Taylor model algorithm can effectively reduce the measurement error by solving the exact frequency. Under the condition of large frequency offset and out-of-band interference, it can eliminate or weaken the influence of signal spectrum leakage on frequency measurement, greatly improve the phasor measurement accuracy of signal and meet the measurement requirements.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑带外干扰的电力系统频率测量方法
本专利技术涉及电力系统领域，尤其涉及一种考虑带外干扰的电力系统频率测量方法。
技术介绍
由于带外干扰频率接近基波频率，因此严重影响到了电力系统频率测量算法的测量精度，进而难为广域同步相量测量系统、电网安全稳定监控和电力系统控制策略提供数据基础，尤其是在基波频率发生偏移时，其相互干扰和泄漏现象更为严重。对带外频率和基波频率的准确测量，能够为滤波器的设计和其他测量算法提供模型基础。近年来，实时性好、运算量小的泰勒模型法逐步被应用到频率测量中，该算法主要是对信号的动态特性展开研究。基于泰勒模型的动态测量算法主要对观测点处的基波频率进行泰勒展开，能够处理频率振荡、跳变、斜坡变化等工况。针对频率偏移过大导致测量误差急剧上升的情况，还利用了粗估频率修正模的拟合误差的频率偏移测量算法，提供准确的基波和谐波参数测量值。但目前基于泰勒模型的测量算法并没有考虑带外干扰的建模，由于带外干扰和基波频率偏移同时存在并且相互干扰，使得频谱泄漏影响更为严重。该算法将带外干扰误认为是信号的动态分量，将其泄漏值计算到基波分量中，从而使得电压或电流的频率测量结果误差急剧增大，往往不能提供精确的测量值，难以满足测量要求。由此说明，基于泰勒模型的频率测量算法虽然能够在一定条件和范围下进行频率测量，但仍存在一定的局限性，而频率测量的准确度对带外干扰治理和系统状态估计等高级应用有着重要的意义。因此设计一种考虑带外干扰的电力系统频率测量方法很有现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于:为了解决现有技术下用于测量电力系统频率的泰勒模型测量算法没有考虑带外干扰的建模，从而导致测量误差大，难以满足测量精度要求的问题，本专利技术提供了一种考虑带外干扰的电力系统频率测量方法，能够有效减少测量误差，在频率偏移较大和带外干扰同时存在的工况下，能够消除或减弱信号频谱泄漏对频率测量的影响，大大提高信号的相量测量精度，满足测量要求。本专利技术采用的技术方案如下：一种考虑带外干扰的电力系统频率测量方法，包括以下步骤：S1、对电网信号进行采样得到采样信号，对采样信号依次进行截取和DFT处理得到基波相量测量预估值X0(l)和带外相量测量预估值Xb(l)；S2、利用S1中得到的基波相量测量预估值X0(l)求得基波粗估频率f0，根据带外相量与基波相量间的泄漏关系，利用S1中得到的基波相量测量预估值X0(l)和带外相量测量预估值Xb(l)求出扣除基波泄漏的带外相量测量预估值Xb(l)，所述扣除基波泄漏的带外相量测量预估值Xb(l)用以计算得到带外粗估频率fb；S3、利用S2中得到基波粗估频率f0及带外粗估频率fb基于电力信号的数学模型进行建模，得到泰勒模型；S4、利用基波相量测量预估值X0(l)和带外相量测量预估值Xb(l)对S3中得到的泰勒模型进行傅里叶变换，求得相量测量预估值模型Xm(lp)，再将基波相量测量预估值X0(l)以及带外相量测量预估值Xb(l)代入至相量测量预估值模型Xm(lp)中求得频率精确值fm。进一步地，所述S1中依次进行截取和DFT处理的具体操作如下：使用数字信号处理器通过窗函数对采样信号截取得到2L+1个电力离散信号窗，对电力离散信号窗以第一滤波频率ω0＝2πf0进行DFT操作，得到基波相量测量预估值X0(l)，再对电力离散信号窗以第二滤波频率ωb＝2πfb进行DFT操作，得到带外相量测量预估值Xb(l)，其中l表示电力离散信号窗的序号，l＝0，±1，±2，…，±L，L为前半段或后半段的电力离散信号窗总数。进一步地，所述S2中的基波粗估频率f0为第0个电力离散信号窗中心时刻的电力信号基波粗估频率，带外粗估频率fb为第0个电力离散信号窗中心时刻的电力信号的带外粗估频率。进一步地，所述S2中利用基波相量测量预估值X0(l)计算得到电力信号基波粗估频率f0的操作如下：数字信号处理器根据相量测量预估值X0(l)，算出相量测量预估值X0(l)的相位差其中angle()表示取角度函数，*表示取共轭，∑()表示求和函数，再利用求得的相位差算出当前电力信号的粗估频率f0，其中round()表示取整函数，f0为基波频率，取50Hz。进一步地，所述S2中利用带外相量与基波信号间的泄漏关系，求出扣除基波泄漏的带外相量测量预估值Xb(l)的具体操作如下：Xb(l)＝P(△ωp0)X0(l)+Q(△ωq0)X0(l)*+P(△ωpb)Xb(l)+Q(△ωqb)Xb(l)*其中△ωp0＝2π(f0'-fb)，△ωq0＝2π(f0'+fb)，△ωpb＝2π(fb'-fb)，△ωqb0＝2π(fb'+fb)，e为自然对数的底，j为虚数单位，N为一个电力信号离散窗中的电力信号离散值的个数。进一步地，所述S2中计算带外粗估频率fb的具体操作如下：数字处理器对Xb做取相角操作，该相角可以用多项式展开表示：为带外相角，为相角变化率，为相角的二阶信息，其中i表示利用的Xb及其历史数据的数量，△tstep表示历史数据之间的时间间隔，数字处理器求解与带外频率相关的参数通过多个的值进行，获得的值利用操作得到fb。进一步地，所述步骤S3中的泰勒模型用以下方法建立：电力相量的数学模型Xm(n)和电力信号的数学模型Xm(n)离散表达式分别为：其中和分别是泰勒的常数项和一阶项，当fm＝f0时，fm表示基波粗估频率；当fm＝fb时，fm表示带外粗估频率。进一步地，所述S4中由泰勒模型得到所述相量测量预估值模型Xm(lp)的操作为：数字信号处理器利用0，±1，±2，…，±L信号窗下的基波相量测量预估值X0(l)以及带外相量测量预估值Xb(l)将电力信号离散序列的数学模型xm(n)进行傅里叶变换，得到相量测量预估值模型Xm(lp)：其中，fm是指定的滤波频率。进一步地，所述S4中由相量测量预估值模型Xm(lp)得到频率精确值fm的操作为：数字信号处理器将步骤A中得到的相量测量估计值X0(l)或Xb(l)代入相量测量预估值模型Xm(lp)中，得到2L+1个含泰勒模型参数的方程，将这些方程联立组成方程组，利用最小二乘求解得出泰勒模型参数的值，进而得到频率精确值fm：综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术采用的电力系统频率测量方法能够有效减少测量误差，在频率偏移较大和带外干扰同时存在的工况下，能够消除或减弱信号频谱泄漏对频率测量的影响，大大提高信号的相量测量精度，满足测量要求。2.本专利技术在频率偏移的工况下，相较于MDSEA算法的最大误差在0.08Hz左右，本方法最大误差稳定在0.0025Hz左右，具有更高的测量精度。3.本专利技术噪声工况下，相较于MDSEA算法的最大误差在0.09Hz左右，本方法最大误差在0.013Hz左右，具有更高的测量精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本专利技术具体流程图；具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑带外干扰的电力系统频率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对电网信号进行采样得到采样信号，对采样信号依次进行截取和DFT处理得到基波相量测量预估值X0(l)和带外相量测量预估值Xb(l)；S2、利用S1中得到的基波相量测量预估值X0(l)求得基波粗估频率f0，根据带外相量与基波相量间的泄漏关系，利用S1中得到的基波相量测量预估值X0(l)和带外相量测量预估值Xb(l)求出扣除基波泄漏的带外相量测量预估值Xb(l)，所述扣除基波泄漏的带外相量测量预估值Xb(l)用以计算得到带外粗估频率fb；S3、利用S2中得到基波粗估频率f0及带外粗估频率fb基于电力信号的数学模型进行建模，得到泰勒模型；S4、利用基波相量测量预估值X0(l)和带外相量测量预估值Xb(l)对S3中得到的泰勒模型进行傅里叶变换，求得相量测量预估值模型Xm(lp)，再将基波相量测量预估值X0(l)以及带外相量测量预估值Xb(l)代入至相量测量预估值模型Xm(lp)中求得频率精确值fm。

【技术特征摘要】
1.一种考虑带外干扰的电力系统频率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对电网信号进行采样得到采样信号，对采样信号依次进行截取和DFT处理得到基波相量测量预估值X0(l)和带外相量测量预估值Xb(l)；S2、利用S1中得到的基波相量测量预估值X0(l)求得基波粗估频率f0，根据带外相量与基波相量间的泄漏关系，利用S1中得到的基波相量测量预估值X0(l)和带外相量测量预估值Xb(l)求出扣除基波泄漏的带外相量测量预估值Xb(l)，所述扣除基波泄漏的带外相量测量预估值Xb(l)用以计算得到带外粗估频率fb；S3、利用S2中得到基波粗估频率f0及带外粗估频率fb基于电力信号的数学模型进行建模，得到泰勒模型；S4、利用基波相量测量预估值X0(l)和带外相量测量预估值Xb(l)对S3中得到的泰勒模型进行傅里叶变换，求得相量测量预估值模型Xm(lp)，再将基波相量测量预估值X0(l)以及带外相量测量预估值Xb(l)代入至相量测量预估值模型Xm(lp)中求得频率精确值fm。2.根据权利要求1所述的一种考虑带外干扰的电力系统频率测量方法，其特征在于，所述S1中依次进行截取和DFT处理的具体操作如下：使用数字信号处理器通过窗函数对采样信号截取得到2L+1个电力离散信号窗，对电力离散信号窗以第一滤波频率ω0＝2πf0进行DFT操作，得到基波相量测量预估值X0(l)，再对电力离散信号窗以第二滤波频率ωb＝2πfb进行DFT操作，得到带外相量测量预估值Xb(l)，其中l表示电力离散信号窗的序号，l＝0，±1，±2，…，±L，L为前半段或后半段的电力离散信号窗总数。3.根据权利要求1所述的一种考虑带外干扰的电力系统频率测量方法，其特征在于，所述S2中的基波粗估频率f0为第0个电力离散信号窗中心时刻的电力信号基波粗估频率，带外粗估频率fb为第0个电力离散信号窗中心时刻的电力信号的带外粗估频率。4.根据权利要求1所述的一种考虑带外干扰的电力系统频率测量方法，其特征在于，所述S2中利用基波相量测量预估值X0(l)计算得到电力信号基波粗估频率f0的操作如下：数字信号处理器根据相量测量预估值X0(l)，算出相量测量预估值X0(l)的相位差其中angle()表示取角度函数，*表示取共轭，∑()表示求和函数，再利用求得的相位差算出当前电力信号的粗估频率f0，其中round()表示取整...

【专利技术属性】
技术研发人员：符玲，白莎，熊思宇，潘晨玥，何正友，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51