一种基于线性插值原理的cross算法的测频方法技术

本发明专利技术公开了一种基于线性插值原理的cross算法测频方法，主要应用于电力系统监测与控制中。针对电力系统频率变化范围较小但要求测频精度高的特点，提出了一种基于线性插值原理的cross算法测频方法。本发明专利技术的特征在于其处理步骤包含：对输入信号进行等间隔采样，获得离散等间隔的采样点，根据线性插值原理计算待求输入信号的周期与其标准基波周期的平均偏差，求取各采样点偏差的权重，并求偏差的加权平均值，最终根据信号实际周期与标准周期的偏差的加权平均值求取频率。本发明专利技术使用基于线性插值的cross算法，简化了信号频率测量原理，在此基础上使用加权平均的方法，抑制了不合理的频率偏差，提高测频的准确性和适应性。

A frequency measuring method of cross algorithm based on linear interpolation principle

The invention discloses a frequency measuring method of cross algorithm based on the linear interpolation principle, which is mainly applied to the monitoring and control of the power system. Because the frequency range of power system is small, but the frequency measurement accuracy is high, a cross frequency measurement method based on the linear interpolation principle is proposed. The invention is characterized in that the processing steps include: the input signal and sampling, sampling points are discrete intervals, calculate the average deviation for the fundamental period and the standard of the input signal according to the linear interpolation principle, calculate the weight of each sampling point deviation, weighted and deviation of the average, according to the final the actual standard deviation signal weighted cycle and cycle average frequency. The invention uses the cross algorithm based on linear interpolation, simplifying the signal frequency measurement principle, using the weighted average method based on the suppression of frequency deviation not reasonable, improving the frequency measurement accuracy and adaptability.

【技术实现步骤摘要】
一种基于线性插值原理的cross算法的测频方法
本专利技术公开了一种基于线性插值原理cross算法的测频方法，属于电力系统监测与控制领域。
技术介绍
目前，基于同步相量测量单元(PMU)的电力系统广域测量系统(WAMS)已经普遍应用省级以上的电力调度中心，WAMS不仅可以取代传统的数据采集与监视控制系统系统(SCADA)完成电力系统稳态监测任务，而且可以应用于电力系统的动态行为监测、稳定监测和故障分析等领域。随着光伏、风机等分布式能源大规模接入、经济社会发展对供电可靠性要求日益提高，配电网安全可靠运行愈加重要,国内外已开始在配电网的监测与控制尝试应用PMU。虽然PMU能够实时监测电网频率，但是国际和国内标准规定PMU有效测量范围为45Hz～55Hz。微网开始独立运行时，频率会发生很大的波动，甚至会出现小于45Hz的极端情况，无法应用PMU监测与控制。PMU中测频环节主要是软件算法。数字滤波法、小波变换法、牛顿类算法过于复杂，硬件要求高，过零法、解析函数实现简单但是测频不够精确。原始的cross测频法简单易于实现，但误差大。利用BP网络修正cross改进算法的误差较为复杂，需要离线网络训练无法实现在线的实时性,而且频偏较大时无法修正。
技术实现思路
本专利技术的目的在于客服现有测频方法不足，提出一种基于线性插值原理cross算法的测频方法，该算法简单易实现，有效的减少计算量，实时性大大提高，同时也有提高了测频精度。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术基于线性插值原理的cross算法测频方法，包括如下步骤：步骤1：对输入信号进行等间隔采样，获得离散的等间隔的采样点；步骤2：根据线性插值原理计算待求输入信号的周期与标准基波周期的平均偏差；步骤3：求取各采样点偏差的权重，并求偏差的加权平均值；步骤4：最终根据信号实际周期与标准基波周期的偏差的加权平均值求出频率。进一步的，所述步骤1对输入电压信号进行等间隔采样，获得离散的等间隔的采样点具体为：设输入电压信号的标准基波频率即工频为fN，采样率为fs，则标准基波周期为标准基波周期内的采样点数为采样周期由此获得离散的等间隔的采样点。进一步的，所述步骤2中的采用基于线性插值计算待求电压信号的周期与标准基波周期的偏差具体为：设交流电压的数学表达为：式中，u(t)为t时刻交流电压瞬时值，Um为交流电压幅值，ω为交流电压角频率，为电压初相角。设t-TN时刻交流电压瞬时值为：式中，u(t-TN)为t-TN时刻交流电压瞬时值，Um为交流电压幅值，ω为交流电压角频率，为电压初相角，TN为标准基波周期。设t-τ时刻的交流电压瞬时值为：式中，u(t-τ)为t-τ时刻交流电压瞬时值，Um为交流电压幅值，ω为交流电压角频率，τ为采样周期，为电压初相角。根据线性插值原理可以得到下列关系式：式中，u(t)、u[t-(TN-T)]、u(t-τ)、u[t-(TN-T)+τ]分别为t、t-(TN-T)、t-τ、t-(TN-T)+τ时刻交流电压瞬时值，TN为交流电压的标准基波周期，T为待求交流电压信号的实际周期，τ为采样周期。式中，u[t-(TN-T)]、u(t-TN)、u(t-Nτ)、u[t-(TN-T)+τ]、u(t-TN+τ)、u(t-Nτ+τ)分别为t-(TN-T)、t-TN、t-Nτ、t-(TN-T)+τ、t-TN+τ、t-Nτ+τ时刻交流电压瞬时值，TN为交流电压的标准基波周期，T为待求交流电压信号的实际周期，τ为采样周期，N为一个标准基波周期的采样点数。式中，u(t)、u(t-Nτ)、u(t-τ)、u(t-Nτ+τ)分别为t、t-Nτ、t-τ、t-Nτ+τ时刻交流电压瞬时值，TN为交流电压的标准基波周期，T为待求交流电压信号的实际周期，τ为采样周期，N为一个标准基波周期的采样点数。根据下面公式求得标准基波周期与实际周期一组偏差：式中，ΔTa(t)、ΔTb(t)分别为t时刻依据两个不同采样点所求标准基波周期与实际周期偏差，u(t)、u(t-Nτ)、u(t-τ)、u(t-Nτ+τ)分别为t、t-Nτ、t-τ、t-Nτ+τ时刻交流电压瞬时值，TN为交流电压的标准基波周期，T为待求交流电压信号的实际周期，τ为采样周期，N为一个标准基波周期的采样点数。进一步的，求取各采样点偏差的权重，并求出偏差的加权平均值具体为：计算t时刻的偏差平均值ΔT(t)为：式中，ΔTa(t)和ΔTb(t)分别为t时刻依据同一采样点不同插值所求标准基波周期与实际周期偏差。在0～(m-1)τ时间段内，令t时刻偏差平均值ΔT(t)的权重α(t)为式中，D(t)＝u(t)-u(t-τ)，其中u(t)、u(t-τ)分别为t、t-τ时刻交流电压瞬时值，τ为采样周期，N为一个标准基波周期的采样点数。则m个采样点的偏差通过加权平均求得的偏差ΔT′，即偏差的加权平均值为：式中，ΔT(t)为t时刻偏差平均值，τ为采样周期，α(t)为t时刻偏差平均值ΔT(t)的权重。化简后的公式为式中，D(t)＝u(t)-u(t-τ)，u(t)、u(t-Nτ)、u(t-τ)分别为t、t-Nτ、t-τ时刻交流电压瞬时值，τ为采样周期，N为一个标准基波周期的采样点数。进一步的，所述步骤4中根据信号实际周期与标准周期的加权平均偏差求取频率，具体计算公式为：式中，f为待求输入信号频率，T为待求输入信号的周期，TN为标准基波周期即fN为标准基波频率即工频，ΔT′为加权平均后求得偏差。附图说明图1为本专利技术中的线性插值原理图；图2本专利技术基于线性插值原理cross算法的测频方法流程图。具体实施方式如图1-图2所示，本专利技术一种基于线性插值原理cross算法的测频方法，基于线性插值原理cross算法的测频方法中，采用线性插值法计算偏差系数值，再根据偏差求取频率，cross算法测频方法是一种简单且易于实现的方法。在实际电力系统中，频率的稳定是基于电压频率来说的，故输入信号采用电压信号。线路插值方法对于线性波形是准确的,而对于来自电网的电压信号的实际上的非线性关系,用它们的平均值,来表示信号的周期与标准周期之偏差,都是不准确的,为此方法的提出者采用了取加权平均的办法,使得算法的计算结果趋于合理。该方法主要包括如下步骤：步骤1：对输入信号进行等间隔采样，获得离散的等间隔的采样点，具体为：设输入电压信号的标准基波频率即工频为fN，采样率为fs，则标准基波周期为标准基波周期内的采样点数为采样周期由此获得离散的等间隔的采样点步骤2：采用基于线性插值计算待求电压信号的周期与标准基波周期的平均偏差具体为：设交流电压的数学表达为：式中，u(t)为t时刻交流电压瞬时值，Um为交流电压幅值，ω为交流电压角频率，为电压初相角；设t-TN时刻交流电压瞬时值为：式中，u(t-TN)为t-TN时刻交流电压瞬时值，Um为交流电压幅值，ω为交流电压角频率，为电压初相角，TN为标准基波周期。设t-τ时刻的交流电压瞬时值为：式中，u(t-τ)为t-τ时刻交流电压瞬时值，Um为交流电压幅值，ω为交流电压角频率，τ为采样周期，为电压初相角；如图1，根据线性插值原理可以得到式(4)、(5)、(6)；式中，u(t)、u[t-(TN-T)]、u(t-τ)、u[t-(TN-T)+τ]分别为t、t-(TN-T)、t-τ、t-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于线性插值原理的cross算法测频方法，其特征在于该频率测量方法包括如下步骤：步骤1：对输入信号进行等间隔采样，获得离散的等间隔的采样点；步骤2：根据线性插值原理计算待求输入信号的周期与标准基波周期的平均偏差；步骤3：求取各采样点偏差的权重，并求偏差的加权平均值；步骤4：最终根据信号实际周期与标准基波周期的偏差的加权平均值求出频率。

【技术特征摘要】
1.一种基于线性插值原理的cross算法测频方法，其特征在于该频率测量方法包括如下步骤：步骤1：对输入信号进行等间隔采样，获得离散的等间隔的采样点；步骤2：根据线性插值原理计算待求输入信号的周期与标准基波周期的平均偏差；步骤3：求取各采样点偏差的权重，并求偏差的加权平均值；步骤4：最终根据信号实际周期与标准基波周期的偏差的加权平均值求出频率。2.根据权利要求1所述的一种基于线性插值原理的cross算法测频方法，其特征在于：所述步骤1对输入电压信号进行等间隔采样，获得离散的等间隔的采样点具体为：设输入电压信号的标准基波频率即工频为fN，采样率为fs，则标准基波周期为标准基波周期内的采样点数为采样周期由此获得离散的等间隔的采样点。3.根据权利要求1所述的一种基于线性插值原理的cross算法测频方法，其特征在于：所述步骤2中的采用基于线性插值计算待求电压信号的周期与标准基波周期的平均偏差具体为：设交流电压的数学表达为：式中，u(t)为t时刻交流电压瞬时值，Um为交流电压幅值，ω为交流电压角频率，为电压初相角；设t-TN时刻交流电压瞬时值为：式中，u(t-TN)为t-TN时刻交流电压瞬时值，Um为交流电压幅值，ω为交流电压角频率，为电压初相角，TN为标准基波周期。设t-τ时刻的交流电压瞬时值为：式中，u(t-τ)为t-τ时刻交流电压瞬时值，Um为交流电压幅值，ω为交流电压角频率，τ为采样周期，为电压初相角；根据线性插值原理可以得到式(4)、(5)、(6)；式中，u(t)、u[t-(TN-T)]、u(t-τ)、u[t-(TN-T)+τ]分别为t、t-(TN-T)、t-τ、t-(TN-T)+τ时刻交流电压瞬时值，TN为交流电压的标准基波周期，T为待求交流电压信号的实际周期，τ为采样周期；式中，u[t-(TN-T)]、u(t-TN)、u(t-Nτ)、u[t-(TN-T)+τ]、u(t-TN+τ)、u(t-Nτ+τ)分别为t-(TN-T)、t-TN、t-Nτ、t-(TN-T)+τ、t-TN+τ、t-Nτ+τ时刻交流电压瞬时值，TN为交流电压的标准基波周期，T为待求交流电压信号的实际周期，τ为采样周期，N为一个标准基波周期的采样点数；式中，u(t)、u(t-Nτ)、u(t-τ)、u(t-Nτ+τ)分别为t、t-Nτ、t-τ、t-Nτ+τ时刻交流电压瞬时值，TN为交流电压的标准基波周期，T为待求交流电压信号的实际周期，τ为采样周期，N为一个标准基波周期的采样点数；根据式(7)求得标准基波周期与实际周期一组偏差：

【专利技术属性】
技术研发人员：马寿虎，王蒙，顾佳易，陆文涛，陆文伟，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32