一种在线自适应频率变化的次同步振荡间谐波提取方法技术

本发明专利技术公开了一种在线自适应频率变化的次同步振荡间谐波提取方法。该方法首先通过在线实时获取线路的相电流、相电压原始采样数据，或者通过相电流、相电压原始采样数据计算线路瞬时功率，从而得到待计算提取的输入数据，将输入数据经过窄带的梳状滤波器组进行滤波，获取每一个窄带滤波器的实时输出数据，对每一个窄带滤波器的输出实时波形峰值进行比较，得到宽频带幅值的极值点，极值点对应的滤波器的中心频率即为振荡的主要振荡频率，通过对该滤波器的输出数据通过过零比较数据拟合，确定精确的主要振荡频率。该算法能够应用于次同步振荡监测在线监测装置上，实现振荡信号的在线快速辨识。

An adaptive frequency varying sub synchronous oscillation inter harmonics extraction method

The invention discloses an on-line adaptive frequency variation sub synchronization oscillation inter wave harmonic extraction method. Firstly, the phase current and phase voltage of the line online real-time access to original sampling data, or by the phase current and phase voltage sampling data calculation of instantaneous power, thus to obtain the calculation of the input data extraction, the input data through the comb filter group narrowband filtering, real-time data acquisition and output of each narrowband filter the real-time output waveform peak for each filter are compared by extreme point broadband amplitude, center frequency of the filter corresponding to the extreme point is the main vibration frequency, the output data of the filter by zero crossing comparison data fitting, determine the precise oscillation frequency. The algorithm can be applied to the on-line monitoring device of subsynchronous oscillation monitoring, and the on-line identification of oscillation signals can be realized quickly.

【技术实现步骤摘要】
一种在线自适应频率变化的次同步振荡间谐波提取方法
本专利技术属于电力系统动态监测领域，具体涉及一种在线提取次同步、超同步间谐波的方法。
技术介绍
近年来，随着特高压电网快速发展，风电、光伏等新能源大量并网，远距离跨区输电规模持续增长，电网电力电子化特征凸显，电网特性发生深刻变化。各种电力电子设备或装置，如静止同步补偿器(STATCOM)、柔性直流输电换流器得到了广泛的应用。然而，一旦这些新型电力设备接入电网运行，在特定的控制模式或运行方式下，易形成持续次同步和/或超同步谐波注入系统，激发近区机组轴系扭振，造成火电机组跳闸、直流闭锁等连锁反应，危及电网的安全稳定运行和影响供电质量。随着电力电子化系统宽频带稳定性问题日益突出，对系统进行实时在线的宽频监测非常必要，目前在电网上应用的监测手段，主要是针对工频信号或者工频的整次谐波进行的，在这些频点上，常规的监测手段非常有效。而对于非整次谐波间谐波的监测与分析手段，相对来说还不完整，对于一个信号的分析，主要是分析信号两个域空间的信号特征：时域和频域特征，离线傅里叶变换在数据窗足够长的情况下可以有效的对信号进行频域辨识，其频率分辨率和数据窗的选择息息相关，因此为了获取比较准确的频率信息，往往采用10s或者更长的数据窗进行分析，响应时间太长。在线的信号提取方法有无限冲击响应IIR滤波、有限冲击响应FIR滤波等等数字滤波技术，前提条件是频率信息必须已知并且信号频率要单一，否则频率混叠问题无法解决。本专利技术在综合无限冲击响应IIR滤波的特点以及频率变化适应的需求，设计了一种由窄带带通滤波器组成的梳状滤波滤波器组，保证每一个带通滤波器输出频率的唯一性，通过与过零监测、曲线拟合方法相结合适应，从而在线适应频率变化，能够较准确的获取间谐波信号的幅值、频率的特征信息，此方法可以作为在线监测或者保护装置来使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种在线自适应频率变化的次同步振荡间谐波提取方法，该方法可以用来在线监测电网中的次同步和/或超同步谐波电压、谐波电流与谐波功率的特征并能够适应谐波频率的变化。本专利技术采用以下技术方案：一种在线自适应频率变化的次同步振荡间谐波提取方法，其特征在于，所述谐波提取方法包括以下步骤：(1)以至少1kHz的采样率采集某一条线路的三相相电压ua、ub、uc，三相相电流ia、ib、ic，或者根据三相相电压、三相相电流计算线路的瞬时功率p；(2)设置梳状带通滤波器组，在要分析的频带内上实现频率细分，带通滤波器组的通带宽度为Δfp；(3)把三相相电压ua、ub、uc，三相相电流ia、ib、ic或者线路瞬时功率p分别通过梳状带通滤波器组，获取各个带通滤波器组输出三相电压upai、upbi、upci，三相相电流ipai、ipbi、ipci或者瞬时功率ppi，其中i表示梳状滤波器组中各个带通滤波器的序号；(4)求取各个带通滤波器输出upai、upbi、upci，ipai、ipbi、ipci或者ppi在同一时间窗的幅值序列[Mu1，Mu2，...，Mun]、[Mi1，Mi2，...，Min]或者[Mp1，Mp2，...，Mpn]，其中：n是否为带通滤波器的个数；在幅值序列[Mu1，Mu2，...，Mun]、[Mi1，Mi2，...，Min]或者[Mp1，Mp2，...，Mpn]中求取该幅值序列中的极值点，形成极值点序列[Msso1，Msso2，...，Mssom]，从而根据极值点对应的带通滤波器中心频率得到各个振荡模式的初选频率序列[fsso1，fsso2，...，fssom]，其中：m为同一时间窗幅值序列中的极值点个数。(5)对初选频率序列[fsso1，fsso2，...，fssom]对应带通滤波器输出的实时数据选取大于一个周波的数据进行过零检测，得到复选后的振荡频率[f’sso1，f’sso2，...，f’ssom]；(6)得到的幅值极值点[Msso1，Msso2，...，Mssom]和复选后的振荡频率[f’sso1，f’sso2，...，f’ssom]数据即为提取出来的次同步振荡间谐波特征量。本专利技术进一步包括以下优选方案：在步骤(2)中梳状带通滤波器组需要同时满足以下三个条件：2.1带通滤波器组的通带宽度Δfp≤1Hz，同时带通滤波器组通带范围为5～45Hz和55～95Hz；2.2梳状带通滤波器组各带通滤波器的通带范围无缝对接；其中，n为梳状滤波器组包含的带通滤波器个数；2.3各带通滤波器对工频信号的衰减要在40dB以上。在步骤(4)中，极值点的判断是每个带通滤波器输出幅值和相邻的两个带通滤波器输出幅值做比较，以线路相电流为例，假设第i个带通滤波器输出幅值为Mii，该带通滤波器的中心频率为f0i，则第i-1和i+2个滤波器的输出幅值为Mi(i-1)和Mi(i+1)，则：Mii、Mi(i-1)、Mi(i+1)分别等于一时刻相电流第i、i-1、i+1个带通滤波器输出选取的数据窗的最大值的绝对值；如果Mii≥Mi(i-1)并且Mii≥Mi(i+1)，则判断Mii是极值点，记作Mssoi；振荡频率的初选频率fsso＝f0i；其中：fs为采样频率。对于电压的幅值序列[Mu1，Mu2，...，Mun]或功率的幅值序列[Mp1，Mp2，...，Mpn]，其极值点的判断方式和电流的幅值序列相同。在步骤(5)中，对极值点对应的带通滤波器实时波形数据采用过零监测+数据拟合的方法得到复选后的振荡频率频率，以线路电流信号为例，采样间隔时间第一个上升沿过零点之前的采样点序号为nl，对应的采样值为vl；第一个上升沿过零点之后的采样点序号为nl+1，对应的采样值为vl+1；第二个上升沿过零点之前的采样点序号为nm，对应的采样值为vm；第二个上升沿过零点之前的采样点序号为nm+1，对应的采样值为vm+1；采取一阶线性拟合的方式或者高阶多项式拟合的方式对电流信号进行拟合，获取过零点时刻；以一阶线性拟合的方式为例，过零点到nl+1的时间ΔT1为：同理，第二个过零点到nl+1的时间ΔT2为：复选后的振荡频率[f’sso1，f’sso2，...，f’ssom]，第i个振荡频率的表达式为：本专利技术具有以下有益的技术效果：根据本专利技术在线自适应频率变化的次同步振荡间谐波提取方法，可以在监测或者保护装置上实现在线提取振荡的相关信息特征，从而为监测预警及保护判据的实施提供相关依据。附图说明图1是本专利技术在线自适应频率变化的次同步振荡间谐波提取方法的流程示意图；图2是梳状滤波器组的幅频特性图；图3是梳状滤波器组输出极值点选择；图4是过零比较与线性插值示意图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术的技术方案的具体实施作进一步详细说明。本专利技术提出的方法在嵌入式开发的装置上实现，用来对次同步振荡信号进行在线监测。本专利技术针对次同步振荡间谐波的提取流程如图1所示。步骤1：待测线路三相相电压、三相相电流或者三相瞬时功率的采集在本实现中，装置以1200Hz采样率采集某一条线路的三相相电压ua、ub、uc，三相相电流ia、ib、ic，以及根据三相相电压、三相相电流计算线路的瞬时功率p，计算瞬时功率的公式为：p＝uaia+ubib+ucic步骤2：梳状滤波器组的设计(1)在本实现中，为了解决多个振荡模式同时存在情况下的带通滤波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在线自适应频率变化的次同步振荡间谐波提取方法，其特征在于，所述谐波提取方法包括以下步骤：(1)以至少1kHz的采样率采集某一条线路的三相相电压ua、ub、uc，三相相电流ia、ib、ic，或者根据三相相电压、三相相电流计算线路的瞬时功率p；(2)设置梳状带通滤波器组，在要分析的频带内上实现频率细分，带通滤波器组的通带宽度为Δfp；(3)把三相相电压ua、ub、uc，三相相电流ia、ib、ic或者线路瞬时功率p分别通过梳状带通滤波器组，获取各个带通滤波器组输出三相电压upai、upbi、upci，三相相电流ipai、ipbi、ipci或者瞬时功率ppi，其中i表示梳状滤波器组中各个带通滤波器的序号；(4)求取各个带通滤波器输出upai、upbi、upci，ipai、ipbi、ipci或者ppi在同一时间窗的幅值序列[Mu1，Mu2，...，Mun]、[Mi1，Mi2，...，Min]或者[Mp1，Mp2，...，Mpn]，其中：n为带通滤波器的个数；在幅值序列[Mu1，Mu2，...，Mun]、[Mi1，Mi2，...，Min]或者[Mp1，Mp2，...，Mpn]中求取该幅值序列中的极值点，形成极值点序列[Msso1，Msso2，...，Mssom]，从而根据极值点对应的带通滤波器中心频率得到各个振荡模式的初选频率序列[fsso1，fsso2，...，fssom]，其中：m为同一时间窗幅值序列中的极值点个数；(5)对初选频率序列[fsso1，fsso2，...，fssom]对应带通滤波器输出的实时数据选取大于一个周波的数据进行过零检测，得到复选后的振荡频率[f’sso1，f’sso2，...，f’ssom]；(6)得到的幅值极值点[Msso1，Msso2，...，Mssom]和复选后的振荡频率[f’sso1，f’sso2，...，f’ssom]数据即为提取出来的次同步振荡间谐波特征量。...

【技术特征摘要】
1.一种在线自适应频率变化的次同步振荡间谐波提取方法，其特征在于，所述谐波提取方法包括以下步骤：(1)以至少1kHz的采样率采集某一条线路的三相相电压ua、ub、uc，三相相电流ia、ib、ic，或者根据三相相电压、三相相电流计算线路的瞬时功率p；(2)设置梳状带通滤波器组，在要分析的频带内上实现频率细分，带通滤波器组的通带宽度为Δfp；(3)把三相相电压ua、ub、uc，三相相电流ia、ib、ic或者线路瞬时功率p分别通过梳状带通滤波器组，获取各个带通滤波器组输出三相电压upai、upbi、upci，三相相电流ipai、ipbi、ipci或者瞬时功率ppi，其中i表示梳状滤波器组中各个带通滤波器的序号；(4)求取各个带通滤波器输出upai、upbi、upci，ipai、ipbi、ipci或者ppi在同一时间窗的幅值序列[Mu1，Mu2，...，Mun]、[Mi1，Mi2，...，Min]或者[Mp1，Mp2，...，Mpn]，其中：n为带通滤波器的个数；在幅值序列[Mu1，Mu2，...，Mun]、[Mi1，Mi2，...，Min]或者[Mp1，Mp2，...，Mpn]中求取该幅值序列中的极值点，形成极值点序列[Msso1，Msso2，...，Mssom]，从而根据极值点对应的带通滤波器中心频率得到各个振荡模式的初选频率序列[fsso1，fsso2，...，fssom]，其中：m为同一时间窗幅值序列中的极值点个数；(5)对初选频率序列[fsso1，fsso2，...，fssom]对应带通滤波器输出的实时数据选取大于一个周波的数据进行过零检测，得到复选后的振荡频率[f’sso1，f’sso2，...，f’ssom]；(6)得到的幅值极值点[Msso1，Msso2，...，Mssom]和复选后的振荡频率[f’sso1，f’sso2，...，f’ssom]数据即为提取出来的次同步振荡间谐波特征量。2.根据权利要求1所述的在线自适应频率变化的次同步振荡间谐波提取方法，其特征在于：在步骤(2)中梳状带通滤波器组需要同时满足以下三个条件：2.1带通滤波器组的通带宽度Δfp≤1Hz，同时带通滤波器组通带范围为5～45Hz和65～95Hz；2.2梳状带通滤波器组各带通滤波器的通带范围无缝对接；其中，n为梳状滤波器组包含的带通滤波器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李渝，常富杰，张锋，晏青，常喜强，郭小龙，马永斌，王衡，王莹莹，樊国伟，孙小晶，
申请(专利权)人：国网新疆电力公司，北京四方继保自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65