一种同步相量和频率测量动态性能的方法技术

本发明专利技术涉及一种同步相量和频率测量动态性能的方法。本发明专利技术提供一种仅通过一个数据窗求取同步相量和频率的方法。本本发明专利技术的方法对电力信号模型进行泰勒级数展开，并通过一个数据窗上基波和谐波含量计算相量、频率和频率变化率，响应速度快，可在一个数据窗内求取频率和频率变化率，同时解决了含有谐波情况下相量计算问题。可以广泛应用于电力系统同步相量和频率测量中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统自动测量
，特别涉及一种同步相量和频率测量动态性能的方法。
技术介绍
近年来，以同步相量测量装置(phasormeasurementunit，PMU)为基础的广域测量系统在电力系统动态过程监视、在线辨识、安全稳定分析以及广域控制等领域中得到广泛的应用。随着广域测量系统应用研究的不断深入，PMU装置对同步相量测量的要求越来越高，其相量算法的快速性将直接影响到相关应用功能的可靠性。传统离散傅里叶变换算法(简称DFTDiscreteFourierTransform)，在频率偏移额定频率时，由于频谱泄漏，精度难以满足要求。目前已有通过两个数据窗，对DFT计算结果进行修正的相量测量算法，相对于传统的DFT算法，该算法较大的提高了计算精度，但由于需要两个数据窗数据，且信号模型的限制，对突变等动态过程响应速度有限，在幅值时刻变化时难以满足精度要求。已有基于频域动态模型的算法，利用同一数据窗不同频点滤波器的响应来修正DFT的估计结果，提高了对突变等动态过程的响应速度，但无法抑制谐波，且未给出求取频率和频率变化率的方法。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种同步相量和频率测量动态性能的方法，本专利技术对电力信号模型进行泰勒级数展开，并通过一个数据窗上基波和谐波含量计算相量、频率和频率变化率，可在一个数据窗内求取频率和频率变化率，响应速度快；本专利技术解决了含有谐波情况下相量计算问题，具有谐波抑制能力。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：本专利技术的一种同步相量和频率测量动态性能的方法。包括以下步骤：(1)初始化，确定每周波采样点数N，电力信号模型中幅值和相角的阶数K，离散傅里叶变换的系数gk；(2)信号建模，该方法采用复信号P(t)表示电力信号的动态相量为P(t)＝a(t)ejθ(t)，电力信号x(t)表示为：式中：a(t)和θ(t)分别表示电力信号幅值和相角的多项式；f0为额定频率，为更好反映信号的动态特征，假设相量模型中幅值和相角均为K阶模型，即(3)将a(t)和θ(t)代入电力信号的动态相量P(t)中，并通过泰勒级数展开，化为K阶实部和虚部形式：P(t)=(Σi=0KRiti)+j(Σi=0KIiti)=R(t)+jI(t)---(1)]]>得：a0=R02+I02,tanθ0=I0R0,θ1=R0I1-R1I0R02+I02,θ2=R0I2-R2I0R02+I02+(R0R1+I0I1)(R1I0-R0I1)(R02+I02)2---(2);]]>(4)对电力信号x(t)进行每周波N点采样，得离散化信号模型，再对信号模型加窗后进行系数为的DFT变换，本方法选取矩形窗，得到复数域方程：Xk=1NΣn=0N-1(P(n)ej2πnN+P*(n)e-j2πnN)·e-jgk2πNn=2NΣn=0N-1(R‾(n)cos(2πnN)+I‾(n)sin(2πnN))·e-jgk2πNn---(3)]]>将复数域方程展开成实部虚部形式：Xk=2NMk·P---(4)]]>式中：Xk＝[XkRXkI]T为第k次傅里叶变换计算结果；Mk＝[Mk0Mk1…MkK]为方程组系数，Mki=Σn=0N-1nicos2πnNcos2πngkN-Σn=0N-1nisin2πnNcos2πngkN-Σn=0N-1nicos2πnNsin2πngkNΣn=0N-1nisin2πnNsin2πngkN;]]>为信号模型的参数；当k＝0,1,...,K，联立方程组，得：X=2NM·P---(5)]]>式中：X＝[X0TX1T…XKT]T；M＝[M0TM1T…MKT]T；由于gk能预先确定，所以能离线计算出矩阵M，及其逆矩阵M-1，联立式(2)和式(5)求得计算点处幅值为a0，相角为θ0，当阶数K≥1时，求得频率偏差为θ1/2π；当K≥2，求得频率变化率为θ2/π。本专利技术由于采取以上技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1)本专利技术对电力信号模型进行泰勒级数展开，并通过一个数据窗上基波和谐波含量计算相量、频率和频率变化率，可在一个数据窗内求取频率和频率变化率，响应速度快。2)本专利技术解决了含有谐波情况下相量计算问题，具有谐波抑制能力。附图说明图1为本专利技术方法的流程示意图；图2为本专利技术方法实施例的算法流程示意图；图3为本专利技术方法仿真测试中的阶跃响应示意图。具体实施方式以下结合附图来对本专利技术进行详细的描述。本专利技术提出来的同步相量和频率测量动态性能的方法，可以采用多种硬件方案来实现，在此不再赘述。本专利技术所提出的测量算法流程如图1所示，其中同步相量测量装置(phasormeasurementunit，PMU)的算法流程如图2所示。测量方法包括以下步骤：(1)初始化，确定每周波采样点数N，需注意的是，DFT系数中gk的选取，应使矩阵M-1条件数尽量小，避免产生病态，抑制噪声干扰，同时需抑制电力系统谐波干扰。为抑制常见奇次谐波干扰，本算法中取1、2、4…，即求电力信号在一个数据窗内基波和2次、4次等谐波含量。理论上，电力信号模型中幅值和相角的阶数K越大，精度越高，但在实际应用中，K越大对PMU装置软硬件资源要求也越高，所以工程应用中需根据实际情况选取，本实施例中选取3阶。(2)信号建模，该方法采用复信号P(t)表示电力信号的动态相量为P(t)＝a(t)ejθ(t)，电力信号x(t)可以表示为：式中：a(t)和θ(t)分别表示电力信号幅值和相角的多项式；f0为额定频率。为更好反映信号的动态特征，假设相量模型中幅值和相角均为K阶模型，即(3)将a(t)和θ(t)代入电力信号的动态相量P(t)中，并通过泰勒级数展开，化为K阶实部和虚部形式：P(t)=(Σi=0KRiti)+j(Σi=0KIiti)=R(t)+jI(t)---(1)]]>可得：a0=R02+I02,tanθ0=I0R0,θ1=R0I1-R1I0R02+I02,θ2=R0I2-R2I0R02+I02+(R0R1+I0I1)(R1I0-R0I1)(R02+I02)2---(2)]]>(4)对电力信号x(t)进行每周波N点采样，得离散化信号模型，再对信号模型加窗后进行系数为的DFT变换。本方法选取矩形窗，得到复数域方程：Xk=1NΣn=0N-1(P(n)ej2πnN+P*(n)e-j2πnN)·e-jgk2πNn=2NΣn=0N-1(R‾(n)cos(2πnN)+I‾(n)sin(2πnN))·e-jgk2πNn---(3)]]>将复数域方程展开成实部虚部形式：Xk=2NMk·P---(4)]]>式中：Xk＝[XkRXkI]T为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步相量和频率测量动态性能的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)初始化，确定每周波采样点数N，电力信号模型中幅值和相角的阶数K，离散傅里叶变换的系数gk；(2)信号建模，该方法采用复信号P(t)表示电力信号的动态相量为P(t)＝a(t)ejθ(t)，电力信号x(t)表示为：式中：a(t)和θ(t)分别表示电力信号幅值和相角的多项式；f0为额定频率，为更好反映信号的动态特征，假设相量模型中幅值和相角均为K阶模型，即(3)将a(t)和θ(t)代入电力信号的动态相量P(t)中，并通过泰勒级数展开，化为K阶实部和虚部形式：P(t)=(Σi=0KRiti)+j(Σi=0KIiti)=R(t)+jI(t)---(1)]]>得：a0=R02+I02,tanθ0=I0R0,θ1=R0I1-R1I0R02+I02,θ2=R0I2-R2I0R02+I02+(R0R1+I0I1)(R1I0-R0I1)(R02+I02)2---(2);]]>(4)对电力信号x(t)进行每周波N点采样，得离散化信号模型，再对信号模型加窗后进行系数为的DFT变换，本方法选取矩形窗，得到复数域方程：Xk=1NΣn=0N-1(P(n)ej2πnN+P*(n)e-j2πnN)·e-jgk2πNn=2NΣn=0N-1(R‾(n)cos(2πnN)+I‾(n)sin(2πnN))·e-jgk2πNn---(3)]]>将复数域方程展开成实部虚部形式：Xk=2NMk·P---(4)]]>式中：Xk＝[XkR XkI]T为第k次傅里叶变换计算结果；Mk＝[Mk0 Mk1 … MkK]为方程组系数，Mki=Σn=0N-1nicos2πnNcos2πngkN-Σn=0N-1nisin2πnNcos2πngkN-Σn=0N-1nicos2πnNsin2πngkNΣn=0N-1nisin2πnNsin2πngkN;]]>为信号模型的参数；当k＝0,1,…,K，联立方程组，得：X=2NM·P---(5)]]>式中：X＝[X0T X1T … XKT]T；M＝[M0T M1T … MKT]T；由于gk能预先确定，所以能离线计算出矩阵M，及其逆矩阵M‑1，联立式(2)和式(5)求得计算点处幅值为a0，相角为θ0，当阶数K≥1时，求得频率偏差为θ1/2π；当K≥2，求得频率变化率为θ2/π。...

【技术特征摘要】
1.一种同步相量和频率测量动态性能的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)初始化，确定每周波采样点数N，电力信号模型中幅值和相角的阶数K，离散傅里叶变换的系数gk；(2)信号建模，该方法采用复信号P(t)表示电力信号的动态相量为P(t)＝a(t)ejθ(t)，电力信号x(t)表示为：式中：a(t)和θ(t)分别表示电力信号幅值和相角的多项式；f0为额定频率，为更好反映信号的动态特征，假设相量模型中幅值和相角均为K阶模型，即(3)将a(t)和θ(t)代入电力信号的动态相量P(t)中，并通过泰勒级数展开，化为K阶实部和虚部形式：P(t)=(Σi=0KRiti)+j(Σi=0KIiti)=R(t)+jI(t)---(1)]]>得：a0=R02+I02,tanθ0=I0R0,θ1=R0I1-R1I0R02+I02,θ2=R0I2-R2I0R02+I02+(R0R1+I0I1)(R1I0-R0I1)(R02+I02)2---(2);]]>(4)对电力信号x(t)进行每周波N点采样，得离散化信号模型，再对信号模型加窗后进行系数为的DFT变换，本方法选取矩形窗，得到复数域方程：Xk=1NΣn=0N-1(P(n)ej2πnN+P*(n)e-j2πnN)·e-jgk2πNn=2NΣn=0N-1(R‾(n)cos(2πnN)+I‾(n)sin(2πnN))·e-jgk2πNn---(3)]]>将复数域方程展开成实部虚部形式：Xk=2NMk&C...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄河，徐全，刘映尚，苏寅生，姚海成，陆超，韩英铎，吴京涛，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：广东;44