基于误差估算的自补偿电力系统幅值算法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于误差估算的自补偿电力系统幅值算法，采用误差估算对DFT幅值计算方法进行补偿，可以使用1个交流周期采样数据进行幅值计算，提高非同步采样情况下幅值计算结果准确度。

【技术实现步骤摘要】
基于误差估算的自补偿电力系统幅值算法
本专利技术涉及一种基于误差估算的自补偿电力系统幅值算法，属于电力系统

技术介绍
交流信号幅值计算是电力系统保护、测量、控制、计量设备中常用的算法，常用的算法为离散傅立叶变换(DFT)算法，但DFT算法获得精确计算结果的前提是采样频率和系统频率同步，采样频率和系统频率不同步将会产生频率泄漏现象，产生较大误差。事实上电网频率在50Hz附近波动，采用DFT算法算出的幅值也在一定范围内波动。克服非同步采样误差有硬件和软件两种，前者可以采用硬件频率跟踪电路，根据测出的系统频率决定采样频率，后者是在时域和频域通过插值进行数据修正。硬件方法通过实时计算系统频率，系统频率发生变化后，调整采样间隔，确保采样频率和系统频率同步，该方法需要修改硬件电路，导致硬件复杂，成本较高；软件方法一般采用加窗方法，常见加窗方法有余弦窗、卷积窗等，一般常用Blackman-Harris窗，采用数据窗算法有计算量大（一般需要分析3～20个周波）、所得结果精度欠缺等缺点。
技术实现思路
为了弥补现有技术的缺陷，本专利技术在DFT算法基础上提出了一种基于误差估算的自补偿电力系统幅值算法，通过估算算法误差，对DFT算法所得结果补偿，得到精确的幅值结果。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：基于误差估算的自补偿电力系统幅值算法，包括如下步骤：1）对于离散采样序列Z(k)，采用过零点算法计算采样序列的频率fz和第一个过零点位置tc0，然后计算初始相角，所述计算初始相角θ的计算公式为：θ=2π×tc0/t；其中，A为离散采样序列的幅值，N为同步采样下每周期采样点数，f为系统同步采样频率，θ为初始相角，fz为采样序列Z(k)的频率，t为采样序列周期，2）采用线性插值算法按的采样间隔对离散采样序列Z(k)进行重采样，得到重采样序列Z'(k)；3）对所述步骤2）的重采样序列Z'(k)进行DFT运算，得到带有误差的幅值A'；4）构造一个已知采样序列幅值为Ay(Ay＞0)的离散采样序列，5）采用线性插值算法按的采样间隔对离散采样序列Y(k)进行重采样，得到重采样序列Y'(k)；6）对所述步骤5）的重采样序列Y'(k)进行DFT运算，得到带有误差的幅值A'y；7）获得误差系数n，8）利用所述步骤3）和步骤7）的计算结果，计算离散采样序列的幅值A，所述计算公式为：本专利技术的幅值算法计算方法简单，所需采样序列不超过2个采样周波，计算量小，并且计算过程中对计算算法造成的误差自动进行补偿，所得结果与系统频率及采样序列初始相角无关，所得幅值计算结果优于0.001%，具有实际应用价值。具体实施方式下面对本专利技术进行进一步详细说明。基于误差估算的自补偿电力系统幅值算法，包括如下步骤：1）对于离散采样序列Z(k)，其中，A为离散采样序列的幅值，N为同步采样下每周期采样点数，f为电力系统同步采样频率，θ为初始相角，fz为采样序列Z(k)的频率，采用过零点算法计算采样序列的频率fz和第一个过零点位置tc0，计算过程如下：对于离散采样值序列Z(k)，按照采样时间从前向后依次查找采样值，找到其中相临的两个采样值zm和zm+1，满足条件zm＜0且zm+1≥0，计算第一个过零点位置tc0其中，ts为采样间隔时间，m为采样序列的第m个点，在zm+1后继续寻找相临的两个采样值zn和zn+1，满足条件zn＜0且zn+1≥0，计算第二个过零点时刻tc1m、n满足关系：n＞m+1，且m≥0，n＞1，则采样序列的频率fz为：采样序列周期tz为：然后计算初始相角，初始相角θ的计算公式为：θ=2π×tc0/tz。2）采用线性插值算法按的采样间隔对离散采样序列Z(k)进行重采样，得到重采样序列Z'(k)，Z'(k)的采样频率与离散采样序列Z(k)的采样频率之比为N，Z'(k)与电力系统采样频率同步，例如：通常情况下，电力系统频率为50Hz，电力系统每周期采样点数为80点(即每秒采样4000次)，现输入51Hz模拟量，对该模拟量采用每秒4080次重采样，即重采样间隔为1/(80*51)，此时重采样频率输入模拟量频率比为N，与电力系统同步。具体计算过程为：对于离散采样值序列Z(k)，按照采样间隔对离散采样序列Z(k)进行重采样，重采样时刻0,......，重采样序列Z'(k)中的任意一点i（i≥0）的采样值z'i，计算公式如下：其中，zj，zj+1分别为离散采样序列Z(k)中第j个点和第j+1个点对应的采样值，并且满足：这样即可得到重采样序列Z'(k)。3）对步骤2）的重采样序列Z'(k)进行DFT运算，得到带有误差的幅值A'，具体计算过程为：因为Z'(k)与系统同步，所以取Z'(k)中的N点序列，它的离散傅立叶变换(DFT)实部为：虚部为其中z'l为序列Z'(k)第l点的采样值，l满足条件0≤l＜N，则幅值A'为：4）构造一个已知采样序列幅值为Ay(Ay＞0)的离散采样序列，5）采用线性插值算法按的采样间隔对离散采样序列Y(k)进行重采样，得到重采样序列Y'(k)，具体计算过程为：按照采样间隔对离散采样序列Y(k)进行重采样，重采样时刻0,......，重采样序列Y'(k)中的任意一点i（i≥0）的采样值y'i，计算公式如下：其中，yj，yj+1分别为离散采样序列Y(k)中第j个点和第j+1个点对应的采样值，并且满足：这样即可得到重采样序列Y'(k)。6）对步骤5）的重采样序列Y'(k)进行DFT运算，得到带有误差的幅值A'y，具体计算过程为：取序列Y'(k)中N点序列，它的离散傅立叶变换(DFT)实部为：虚部为其中y'1为序列Y'(k)第l点的采样值，l满足条件0≤l＜N，则幅值A'y为：7）获得误差系数n，8）利用步骤3）和步骤7）的计算结果，计算离散采样序列的幅值A，计算公式为：上述计算方法，对于Z(k)为同步采样序列和非同步采样序列的情况都适用，对于同步采样情况下，Z'(k)=Z(k)。通过采用上述计算方法，对DFT算法所得结果补偿，得到精确的幅值结果本专利技术按照优选实施例进行了说明，应当理解，上述实施例不以任何形式限定本专利技术，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于误差估算的自补偿电力系统幅值算法，其特征在于，包括如下步骤：1）对于离散采样序列Z(k)，采用过零点算法计算采样序列的频率fz和第一个过零点位置tc0，然后计算初始相角，所述计算初始相角θ的计算公式为：θ=2π×tc0/t；其中，Z(k)=2Asin(2πkfzNf+θ),k=0,1,2·····A为离散采样序列的幅值，N为同步采样下每周期采样点数，f为系统同步采样频率，θ为初始相角，fz为采样序列Z(k)的频率，t为采样序列周期，tz=1fz;2）采用线性插值算法按的采样间隔对离散采样序列Z(k)进行重采样，得到重采样序列Z“(k)；3）对所述步骤2）的重采样序列Z“(k)进行DFT运算，得到带有误差的幅值A“；4）构造一个已知采样序列幅值为Ay(Ay＞0)的离散采样序列，Y(k)=2Aysin(2πkfzNf+θ);5）采用线性插值算法按的采样间隔对离散采样序列Y(k)进行重采样，得到重采样序列Y“(k)；6）对所述步骤5）的重采样序列Y“(k)进行DFT运算，得到带有误差的幅值A“y；7）获得误差系数n，8）利用所述步骤3）和步骤7）的计算结果，计算离散采样序列的幅值A，所述计算公式为：FDA0000428639560000013.jpg,FDA0000428639560000015.jpg,FDA0000428639560000016.jpg,FDA0000428639560000017.jpg...

【技术特征摘要】
1.基于误差估算的自补偿电力系统幅值算法，其特征在于，包括如下步骤：1)对于离散采样序列Z(k)，采用过零点算法计算采样序列的频率fz和第一个过零点位置tc0，然后计算初始相角，所述计算初始相角θ的计算公式为：θ＝2π×tc0/tz；其中，A为离散采样序列的幅值，N为同步采样下每周期采样点数，f为系统同步采样频率，θ为初始相角，fz为采样序列Z(k)的频率，tz为采样序列周期，2)采用线性插值算法按的采样间隔对离散采样序列Z(k)进行重采样，得到重采样序列Z'(k)；3)对所述步骤2...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚艳松，
申请(专利权)人：国电南京自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：