本发明专利技术涉及电力系统同步相量测量技术领域，特别是一种基于极坐标的电力系统同步相量测量方法。针对传统DFT算法在非同步采样条件下的误差问题，首先通过DFT、等比求和公式和三角函数公式求出电力信号在极坐标系中的相量表达式，将此相量的相角理论值分别后移和前移 ，得到离散采样表达式中分别后移和前移个点的2种情况下的2个相量，将两个新得到的相量与原相量分别乘以相应的系数后相加得到所需要的同步相量。该方法对非同步采样条件下DFT所产生的相量静态误差和动态误差拥有良好的消除效果，且在电力系统静态条件和动态特性下都具有较高的同步相量测量精度。
【技术实现步骤摘要】
一种基于极坐标系的电力系统同步相量测量方法
本专利技术涉及涉及电力系统同步相量测量
，特别是一种基于极坐标系的电力系统同步相量测量方法。
技术介绍
在21世纪中，世界上多个地方发生了大面积停电事故，对社会生产、生活造成了极度负面的影响，同时，全球电力市场和区域电网工程也在不断地发展，电网的运行环境变得日渐复杂，使在电力系统动态条件下的实时地监控变得尤其重要。目前，新一代高效电力系统动态监控系统—广域测量系统(WAMS)，为电网动态安全监控提供了技术方面的可能性，成为现在各个国家争相开发研究的
之一。WAMS系统的实现基础环节是同步相量测量技术，而同步相量测量技术的关键内核是同步相量测量算法，算法的精确度将直接对电力系统低频振荡抑制、故障定位和自适应保护等应用的效果造成影响。因此，近几年来同步相量测量算法已经逐渐成为该领域的研究热点。目前，电力系统相量的测量算法有瞬时值法、Prony法、卡尔曼滤波法、小波变换法、过零点检测法和DFT法等。瞬时值法对输入波形有着较高的要求，即信号的波形需要为标准工频正弦波，所以其适用性不强，且运算量较大。Prony法没有办法对系统动态条件下的非平稳性进行正确反映，而且噪声对其拟合的结果有较大的影响，当噪声的信噪比小于40dB，会得到错误的结果。卡尔曼滤波法在进行相量的相角测量时，有着很大的偏差，无法获得正确的相角结果。小波变换法不能在以额定频率为中心频率的窄带信号的相量测量上取得理想的效果，且由于小波分析具有较大的运算量会影响相量测量的速度以及增大数字信号处理器(DSP)的负担。过零点检测法容易受信号过零点处的谐波影响并且其实时性不好，易受电力系统动态特性的影响，产生较大的测量误差。DFT法在非同步采样条件下时，会由于频率泄露等原因而产生很大的误差。但是因为DFT法在抑制谐波上具有显著的优势，在实际中大多数的同步相量测量算法都是以DFT法为基础的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能在电力系统静态条件和动态特性下具有较高的同步相量测量精确度的基于极坐标系的电力系统同步相量测量方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于极坐标系的电力系统同步相量测量方法，包括如下步骤，步骤1：给定电力信号：式中，依次为电力信号的频率、幅值、相角；步骤2：将电力信号变换为离散采样表达式：式中，为当前时刻采样点，，为一个周期内的采样点数，为频率相对偏移量，为频率偏移量，为基波频率；步骤3：将离散采样表达式变换为复指数形式：步骤4：取数据窗长度为，用DFT计算的复指数表达式，可得：式中，，为数据窗中间点；步骤5：利用等比求和公式和三角函数公式分别求解步骤4表达式中括号里的两个部分，可得极坐标系中的相量表达式：式中，和分别为相量幅值和相角的理论值，和为相量幅值和相角的测量值；，；步骤6：在极坐标系中将相量的相角理论值分别后移和前移，即将离散采样表达式分别后移和前移个点的2种情况下得到如下2个相量：步骤7：判断数据窗的长度是否为4的整数倍，若是则直接跳至步骤8，若不是需采用插值法对和进行调整：式中，，其中为整数，为分数且，和分别为前后相邻的两个整数采样点的相量，用DFT求出；，其中为整数，为分数且，和分别为前后相邻的两个整数采样点的相量，用DFT求出；步骤8：将步骤4中得到的和步骤6或步骤7中得到的与乘以相应的系数后相加可得所需同步相量表达式：式中，；步骤9：判断是否完成所有采样点的同步相量计算，若完成则结束同步相量测量，否则转到步骤2继续同步相量的测量。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：1、对非同步采样条件下DFT所产生的相量静态误差和动态误差进行有效的消除；2、在电力系统静态条件和动态特性下都拥有较高的同步相量测量精度。附图说明本专利技术图1是本专利技术实施例的工作流程图。图2是电力信号的幅值和相角分别发生了与的阶跃，基波频率从跳变到时，两种同步相量测量算法的幅值误差比较。图3是电力信号的幅值和相角分别发生了与的阶跃，基波频率从跳变到时，两种同步相量测量算法的相角误差比较。图4是电力信号的幅值和相角分别发生了与的阶跃，基波频率从跳变到时，两种同步相量测量算法的TVE值比较。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。本专利技术一种基于极坐标系的电力系统同步相量测量方法，该基于极坐标系的同步相量测量算法结合图1进行说明，并对电力系统电力信号进行验证。首先通过DFT、等比求和公式和三角函数公式求出电力信号在极坐标系中的相量表达式，将此相量的相角理论值分别后移和前移，得到离散采样表达式中分别后移和前移个点的2种情况下的2个相量，将两个新得到的相量与原相量乘以相应的系数后相加可得所需同步相量。得到的效果图示于附图2-4所示，具体步骤如下：步骤1：给定电力信号：式中，依次为电力信号的频率、幅值、相角。步骤2：将电力信号变换为离散采样表达式：式中，为当前时刻采样点，，为一个周期内的采样点数，为频率相对偏移量，为频率偏移量，为基波频率。步骤3：将离散采样表达式变换为复指数形式：步骤4：取数据窗长度为，用DFT计算的复指数表达式，可得：式中，，为数据窗中间点。步骤5：利用等比求和公式和三角函数公式分别求解步骤4表达式中括号里的两个部分，可得极坐标系中的相量表达式：式中，和分别为幅值和相角的理论值，和为相量幅值和相角的测量值。，。步骤6：在极坐标系中将相量的相角理论值分别后移和前移，得到如下2个相量：将步骤4中的DFT表达式按照和进行变换，即分别后移和前移个点后得到如下2个表达式：步骤7：判断数据窗的长度是否为4的整数倍，若是则直接跳至步骤8，若不是需采用插值法对和进行调整：式中，，其中为整数，为分数且，和分别为前后相邻的两个整数采样点的相量，用DFT求出；，其中为整数，为分数且，和分别为前后相邻的两个整数采样点的相量，用DFT求出。步骤8：将步骤4中得到的和步骤6或步骤7中得到的与乘以相应的系数后相加得到所需同步相量表达式：式中，。步骤9：判断是否完成所有采样点的同步相量计算，若完成则结束同步相量测量，否则转到步骤2继续同步相量的测量。以上是本专利技术的较佳实施例，凡依本专利技术技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本专利技术技术方案的范围时，均属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于极坐标系的电力系统同步相量测量方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤1：给定电力信号：式中，依次为电力信号的频率、幅值、相角；步骤2：将电力信号变换为离散采样表达式：式中，为当前时刻采样点，，为一个周期内的采样点数，为频率相对偏移量，为频率偏移量，为基波频率；步骤3：将离散采样表达式变换为复指数形式：步骤4：取数据窗长度为，用DFT计算的复指数表达式，可得：式中，，为数据窗中间点；步骤5：利用等比求和公式和三角函数公式分别求解步骤4表达式中括号里的两个部分，可得极坐标系中的相量表达式：式中，和分别为相量幅值和相角的理论值，和为相量幅值和相角的测量值；，；步骤6：在极坐标系中将相量的相角理论值分别后移和前移，即将离散采样表达式分别后移和前移个点的2种情况下得到如下2个相量：步骤7：判断数据窗的长度是否为4的整数倍，若是则直接跳至步骤8，若不是需采用插值法对和进行调整：式中，，其中为整数，为分数且，和分别为前后相邻的两个整数采样点的相量，用DFT求出；，其中为整数，为分数且，和分别为前后相邻的两个整数采样点的相量，用DFT求出；步骤8：将步骤4中得到的和步骤6或步骤7中得到的与乘以相应的系数后相加可得所需同步相量表达式：式中，；步骤9：判断是否完成所有采样点的同步相量计算，若完成则结束同步相量测量，否则转到步骤2继续同步相量的测量。...
【技术特征摘要】
1.一种基于极坐标系的电力系统同步相量测量方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤1：给定电力信号x(t)：式中，f,Xm,依次为电力信号的频率、幅值、相角；步骤2：将电力信号x(t)变换为离散采样表达式：式中，r为当前时刻采样点，n＝0,1,2,...,N-1，N为一个周期内的采样点数，△λ＝△f/f0为频率相对偏移量，△f为频率偏移量，f0＝50Hz为基波频率；步骤3：将离散采样表达式x(r+n)变换为复指数形式：步骤4：取数据窗长度为N，用DFT计算x(r+n)的复指数表达式，可得：式中，为数据窗中间点；步骤5：利用等比求和公式和三角函数公式分别求解步骤4表达式中括号里的两个部分，可得极坐标系中的相量表达式：式中，X和分别为相量幅值和相角的理论值，Xm和为相量幅值和相角的测量值；步骤6：在极坐标系中将相量的相角理论值分别后移和前移π/2，即将离散采样表达式x(r+n)分别后移和前移N/4个点的2种情况下得到如下2个相量：步骤7：判断数据窗的长度N是否为4的整数倍，若是则直接跳至步骤8，...
【专利技术属性】
技术研发人员：金涛，程远，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35
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