本发明专利技术涉及一种基于改进的DODF‑WSPD的电网频率跟踪方法，该方法基于双正交数字滤波器，将信号通入相位差为π/2的正弦和余弦正交有限冲击响应数字滤波器中，将输入信号分别与两滤波器的系数进行卷积计算，得到两组复信号。从两组复信号中提取出最终输出信号的相位信息，利用加权平滑相位差分法计算实际频率值。该算法在电力系统静态条件和动态条件下都拥有较高的频率跟踪测量精度和抗噪性，并且算法计算简单，且启动时滞小，能对信号频率稳定、突变及周期性变化等情况进行准确测量跟踪。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统频率跟踪
，特别是一种基于改进的DODF-WSPD的电网频率跟踪方法。
技术介绍
伴随着我国“十三五”工业结构升级与布局优化的全面实施，现代电网正在朝着智能化和清洁可持续化方向不断的提升改造。大量产能落后的火电正在被逐步淘汰，取而代之的是大量清洁能源(如：光伏、风电、水电、核电等)的并网接入。而这些分布式能源的接入也使得现代电网变得更为复杂多变，故障风险日益凸显。频率作为电力信号的重要参数，它的大小直接反应电网是否处于稳定状态。因此，信号频率的检测跟踪对维护电网安全稳定运行至关重要。如何去实现对电网频率的准确实时跟踪一直以来都是国内外的研究热点。目前，电力系统频率的测量算法主要可以分为硬件法和软件法两大类。硬件法主要以锁相环来实现，虽然能在一定程度上减少处理器的负担，但增加外围电路会使得硬件体积变大，成本大大增加，且滤波效果有限，干扰信号会对测量造成较大误差。相比之下，软件法则更顺应时代潮流，不仅基本无需外置电路，且许多算法本身自带滤波功能，这就使得软件法的鲁棒性、实时性和精确性得到了充分的保证。在软件法中，常用到的算法包括三点法、最小均方法、最小二乘法、拓展卡尔曼滤波法、自适应陷波法、傅里叶及其改进方法、小波分析及智能算法等。这些算法在不同的场合有着不同的效果，对电网频率的跟踪测量或者估计也都不尽相同。例如，三点法计算简单易于实现，但抗干扰性差；最小均方法、最小二乘法和自适应陷波法在强干扰下无法保证输出精度和响应特性，但精确性和鲁棒性有了很大的提高；而拓展卡尔曼滤波法与小波分析法则分别存在跟踪超调大和实际应用困难等问题；再者就是现在使用范围较广的傅里叶及其改进方法，该类算法主要不足在于计算量大以及对硬件的要求所导致的成本代价高等问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种基于改进的DODF-WSPD(Dual OrthogonalDigital Filters and Weighted Smoothing Phased Difference)的电网频率跟踪方法。该算法不仅能在电力系统静态﹑动态条件下都拥有较高的跟踪精度和抗噪性，而且算法计算简单，且启动时滞小，能对信号频率稳定、突变及周期性变化等情况进行准确测量跟踪。本专利技术采用以下方案实现：一种基于改进的DODF-WSPD的电网频率跟踪方法，先对电力信号进行离散化，再将信号通入相位差为π/2的正弦和余弦正交有限冲击响应数字滤波器中，将输入信号分别与两滤波器的系数进行卷积计算，得到两组复信号。从两组复信号中提取出最终输出信号的相位信息，利用加权平滑相位差分法计算实际频率值，其中的加权系数引用M&M算法中的加权系数。为提高算法的精度，可对算法计算过程中进行一次迭代。最后，选取4阶、截止频率15Hz的Butterworth滤波器对跟踪曲线进行平滑滤波，以进一步提高算法抗干扰能力。其具体步骤如下：步骤S1：给定离散化的电力信号x(n)：x(n)=sin(2πnf0fs+π3)+0.01sin(6πnf0fs+π6)+0.03sin(10πnf0fs)+0.02sin(14πnf0fs+π3)+μ]]>式中，fs为信号采样频率，f0为电网额定频率，n是采样点数，μ是高斯白噪声干扰信号；步骤S2：将信号x(n)分别通入相位差为π/2的正弦和余弦正交有限冲击响应数字滤波器中，得到两组复信号；其中，两个FIR滤波器的系数分别为：Hs(k)=sin(2πkN+πN)]]>Hc(k)=cos(2πkN+πN)]]>式中：k＝1,2,…50*N；N＝fs/f0即一个周期采样点数；将输入信号分别与上述两个系数进行卷积计算，可得两个正交滤波器的复信号输出分别为：x1(n)=Σk=0N-1x(n-k)Hs(k)=X1sin(ω(n)+θ)]]>x2(n)=Σk=0N-1x(n-k)Hc(k)=X2cos(ω(n)+θ)]]>式中：X1和X2是两个滤波器输出信号的幅值，ω是不同点所对应的频率信息，θ是一个定值；步骤S3：假定X1≈X2，将步骤S2中的两组复信号相除，可以获得最终输出信号的相位信息：ψ(n)=ω(n)+θ=arctanx1(n)x2(n);]]>步骤S4：利用加权平滑相位差分法，通过截取某一时刻前L个数据进行计算，借助于加权系数ω来靠拢该时刻的实际频率值，其表达式如下：f(x)=f0+12πNf0LΣm=1Lω(m)[ψ(x-m)-ψ(x-m-1)]]]>其中，上述两式中：x＝L+2,...,50×N；L＝40即为截取的数据长度；m＝1,2,…,L；步骤S5：由于步骤S3中将两滤波器的输出幅值假定为相等，但实际存在偏差，故需要利用计算值重新迭代一次来对其进行校正，保证两幅值相等；利用步骤S4中计算出来的某一时刻的实际频率值f，将其代入下面两式，计算出两个滤波器的输出幅值，再对其进行适当的校正；两个正交滤波器输出的幅频响应为：|Hs(f)|=2sin(πf0/fs)sin(πNf/fs)cos(πf/fs)cos(2πf/fs)-cos(2πf0/fs)]]>|Hc(f)|=2cos(πf0/fs)sin(πNf/fs)sin(πf/fs)cos(2πf/fs)-cos(2πf0/fs);]]>步骤S6：利用4阶、截止频率15Hz的Butterworth滤波器对最终输出的频率曲线进行平滑滤波，用以进一步提高算法抗干扰能力。相较于现有技术，本专利技术有以下有益效果：1、在电力系统静态条件和动态条件下都拥有较高的频率跟踪测量精度并具有较好的抗噪性。2、算法计算简单，且启动时滞小，能对信号频率稳定、突变及周期性变化等情况进行准确测量跟踪。附图说明图1是本专利技术实施例的算法流程图。图2是信号不含干扰情况下，本算法与采用Kay算法加权因子的信号频率跟踪对比图。图3是信号含3、5、7次谐波及高斯白噪声(20dB)情况下，本算法与采用Kay算法加权因子的信号频率跟踪误差对比图。图4是信号在含谐波及干扰情况下，本算法对频率突变的跟踪情况。图5是信号在含谐波及干扰情况下，本算法对频率周期性变化的跟踪情况。图6是信号不含干扰情况下，本算法中取不同L值时，算法跟踪误差的比较图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。本实施例提供一种基于改进的DODF-WSPD的电网频率跟踪方法，先对电力信号进行离散化，再将信号通入相位差为π/2的正弦和余弦正交有限冲击响应数字滤波器中，将输入信号分别与两滤波器的系数进行卷积计算，得到两组复信号。从两组复信号中提取出最终输出信号的相位信息，利用加权平滑相位差分法计算实际频率值，其中的加权系数引用M&M算法中的加权系数。为提高算法的精度，可对算法计算过程中进行一次迭代。最后，选取4阶、截止频率15Hz的Butterworth滤波器对跟踪曲线进行平滑滤波，以进一步提高算本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于改进的DODF‑WSPD的电网频率跟踪方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤S1：给定离散化的电力信号x(n)：x(n)=sin(2πnf0fs+π3)+0.01sin(6πnf0fs+π6)+0.03sin(10πnf0fs)+0.02sin(14πnf0fs+π3)+μ]]>式中，fs为信号采样频率，f0为电网额定频率，n是采样点数，μ是高斯白噪声干扰信号；步骤S2：将信号x(n)分别通入相位差为π/2的正弦和余弦正交有限冲击响应数字滤波器中，得到两组复信号；其中，两个FIR滤波器的系数分别为：Hs(k)=sin(2πkN+πN)]]>Hc(k)=cos(2πkN+πN)]]>式中：k＝1,2,…50*N；N＝fs/f0即一个周期采样点数；将输入信号分别与上述两个系数进行卷积计算，可得两个正交滤波器的复信号输出分别为：x1(n)=Σk=0N-1x(n-k)Hs(k)=X1sin(ω(n)+θ)]]>x2(n)=Σk=0N-1x(n-k)Hc(k)=X2cos(ω(n)+θ)]]>式中：X1和X2是两个滤波器输出信号的幅值，ω是不同点所对应的频率信息，θ是一个定值；步骤S3：假定X1≈X2，将步骤S2中的两组复信号相除，可以获得最终输出信号的相位信息：ψ(n)=ω(n)+θ=arctanx1(n)x2(n);]]>步骤S4：利用加权平滑相位差分法，通过截取某一时刻前L个数据进行计算，借助于加权系数ω来靠拢该时刻的实际频率值，其表达式如下：f(x)=f0+12πNf0LΣm=1Lω(m)[ψ(x-m)-ψ(x-m-1)]]]>其中，上述两式中：x＝L+2,...,50×N；L＝40即为截取的数据长度；m＝1,2,…,L；步骤S5：由于步骤S3中将两滤波器的输出幅值假定为相等，但实际存在偏差，故需要利用计算值重新迭代一次来对其进行校正，保证两幅值相等；利用步骤S4中计算出来的某一时刻的实际频率值f，将其代入下面两式，计算出两个滤波器的输出幅值，再对其进行适当的校正；两个正交滤波器输出的幅频响应为：|Hs(f)|=2sin(πf0/fs)sin(πNf/fs)cos(πf/fs)cos(2πf/fs)-cos(2πf0/fs)]]>|Hc(f)|=2cos(πf0/fs)sin(πNf/fs)sin(πf/fs)cos(2πf/fs)-cos(2πf0/fs);]]>步骤S6：利用4阶、截止频率15Hz的Butterworth滤波器对最终输出的频率曲线进行平滑滤波，用以进一步提高算法抗干扰能力。...
【技术特征摘要】
1.一种基于改进的DODF-WSPD的电网频率跟踪方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤S1：给定离散化的电力信号x(n)：x(n)=sin(2πnf0fs+π3)+0.01sin(6πnf0fs+π6)+0.03sin(10πnf0fs)+0.02sin(14πnf0fs+π3)+μ]]>式中，fs为信号采样频率，f0为电网额定频率，n是采样点数，μ是高斯白噪声干扰信号；步骤S2：将信号x(n)分别通入相位差为π/2的正弦和余弦正交有限冲击响应数字滤波器中，得到两组复信号；其中，两个FIR滤波器的系数分别为：Hs(k)=sin(2πkN+πN)]]>Hc(k)=cos(2πkN+πN)]]>式中：k＝1,2,…50*N；N＝fs/f0即一个周期采样点数；将输入信号分别与上述两个系数进行卷积计算，可得两个正交滤波器的复信号输出分别为：x1(n)=Σk=0N-1x(n-k)Hs(k)=X1sin(ω(n)+θ)]]>x2(n)=Σk=0N-1x(n-k)Hc(k)=X2cos(ω(n)+θ)]]>式中：X1和X2是两个滤波器输出信号的幅值，ω是不同点所对应的频率信息，θ是一个定值；步骤S3：假定X1≈X2，将步骤S2中的两组复信号相除，可以获得最终输出信号的相位信息：&...
【专利技术属性】
技术研发人员：金涛，陈毅阳，刘思议，
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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