一种基于正序相量的等距节点插值迭代频率测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于正序相量的等距节点插值迭代频率测量方法，步骤依次为，利用过零法对电力系统的采样信号进行频率初步快速估算；利用估算的频率对采样信号进行插值，得到跟踪频率后的新插值序列；对新插值序列计算基波相量；利用基波相量计算正序分量，并用正序分量计算频率；计算本次频率计算结果与上次频率计算结果的差值，若连续两次差值的绝对值小于预设的门槛值，则将最新频率计算结果作为最终的频率测量结果。本发明专利技术解决了现有技术中存在的频率计算速度慢、计算频率范围窄、精度不高的问题。不高的问题。不高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于正序相量的等距节点插值迭代频率测量方法


[0001]本专利技术属于电力系统及其自动化
，特别涉及了一种频率测量方法。

技术介绍

[0002]电网频率是电力系统的重要技术指标，发电厂、电网调度，保护测控，同步相量测量，故障录波，频率电压紧急控制装置等都需要对电网频率进行精确测量，对电力系统安全稳定运行实现有效监控。
[0003]电力系统中的实际信号通常含有谐波、噪声等干扰，一般的测频算法，如时域信号过零点测频法，或频域的傅立叶相位差校正测频算法，计算速度快，但测频精度低，误差较大，达不到0.001Hz要求。求解最优类的方法虽然能取得较高的测频精度，但数据窗长、计算量大，不适合某些快速响应的应用。系统的实际频率通常在额定频率附近波动，如果采样频率不跟踪信号频率，直接使用原始采样信号进行傅里叶分析会导致频谱泄漏产生计算误差。针对频率波动造成的频谱泄漏问题，有两类处理方法：一种采用频谱泄漏的补偿算法，该算法频率计算仍有一定的误差，无法获得较高的精度；另一种是频率跟踪采样，采用硬件锁相环方式，跟踪频率同步采样。这些跟踪频率动态调整采样间隔的频率计算方法，由于改变了采样间隔，对于同步相量测量和故障录波等需要记录等间隔采样数据的应用场合又无法适用。此外，原有的频率测量范围一般在45Hz～55Hz内满足精度要求即可，但随着风电、太阳能等大规模新能源的接入，直流换流站、双馈风机、SVG等电力电子的大量应用，实际电网中可能出现间谐波或次同步振荡，在某些线路电流中明显检出约20Hz和85Hz的间谐波电流成分，此外低频输的系统往往采用20Hz或者更低的频率，这就扩大了频率测量的范围，一些频率算法只能保证45Hz～55Hz范围内的测量精度，超过此范围误差会变的很大。

技术实现思路

[0004]为了解决上述
技术介绍
提到的技术问题，本专利技术提出了一种基于正序相量的等距节点插值迭代频率测量方法，克服现有技术中存在的频率计算速度慢、计算频率范围窄、精度不高的问题，实现快速、宽范围、高精度频率测量。
[0005]为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种基于正序相量的等距节点插值迭代频率测量方法，包括以下步骤：
[0007](1)利用过零法对电力系统的采样信号进行频率初步快速估算；
[0008](2)利用步骤(1)估算的频率对采样信号进行插值，得到跟踪频率后的新插值序列；
[0009](3)对步骤(2)得到的新插值序列计算基波相量；
[0010](4)利用步骤(3)得到的基波相量计算正序分量，并用正序分量计算频率；
[0011](5)计算本次频率计算结果与上次频率计算结果的差值，若连续两次差值的绝对值小于预设的门槛值ε，则将最新频率计算结果作为最终的频率测量结果；否则以最新频率计算结果对采样信号重复进行上述步骤(2)
‑
(5)。
[0012]进一步地，在步骤(1)中，利用过零法对采样信号进行频率初步快速估算，正弦信号在过零点近似为一条直线，求出正弦曲线两个相量的过零时刻，作为快速估算频率大致范围，得频率f＝1/(nT+t0+t
n
)，t0＝(S1*T)/(S1‑
S0)，t
n
＝(S
n
*T)/(S
n
‑
S
n+1
)，其中，S0,S1为第一个信号过零点左右相邻的两个采样点，S
n
,S
n+1
为第二个信号过零点左右相邻的两个采样点，T为采样周期，t0,t
n
分别为两个过零点之间非整数倍采样周期时间，n为两个过零点之间整数倍的采样周期数。
[0013]进一步地，在步骤(2)中，根据步骤(1)估算的频率，对原始采样值进行等距节点插值，获得跟踪频率后新的插值序列，具体插值方法如下：
[0014][0015]其中，x
p
为某采样时刻，τ为插值时刻，0≤τ≤1，h为插值步长，S
p
为某原始采样值，为差分算子，p为采样个数，N
p
(x
p
+τh)为距离x
p
点τh时刻的插值结果。
[0016]进一步地，在步骤(3)中，对跟踪频率后的新插值序列进行傅里叶分析，计算出三相基波相量值，具体计算方法如下：
[0017]设输入信号x(t)为一个周期性时间函数：
[0018][0019]其中，a0表示直流分量，m为谐波次数，m取1时表示基波分量，a
m
和b
m
为各次谐波的余弦项和正弦项的振幅，ω为角频率，t为时刻；
[0020]对于跟踪频率后新采样间隔的插值序列基波分量离散化的表达式：
[0021][0022][0023]其中，a1和b1表示基波余弦和正弦的振幅，x
k
为采样点，N为工频基波每周波采样点数；
[0024]得到跟踪频率后新采样间隔的插值序列基波相量表达式：
[0025][0026]其中，A为基波相量的幅值，为基波相量的角度。
[0027]进一步地，在步骤(4)中，利用三相基波相量的正序分量计算频率，具体计算方法如下：
[0028]正序分量计算：
[0029][0030]其中，分别是正序、负序、零序分量，分别是A、B、C三相电压
或电流，a＝e
j120
°
，a2＝e
j240
°
，j为虚数单位；
[0031]选取正序分量进行频率计算：
[0032][0033]其中，f
n
为本周波频率值，f
n
‑1为前周波频率值，是相邻一个周波的正序分量的角度。
[0034]采用上述技术方案带来的有益效果：
[0035]采用本专利技术所述方法，与现有技术相比，提高了频率计算的效率，扩大了频率计算的范围，获得了更高的频率精度，且无需改变采样间隔。在10Hz到100Hz范围内，每个频点最多进行两次迭代即可达到0.0001Hz的测量准确度，提升了频率测量的准确度和计算效率。
附图说明
[0036]图1为本专利技术的方法流程图；
[0037]图2为本专利技术中过零法快速估算频率示意图；
[0038]图3为本专利技术中等距节点插值示意图。
具体实施方式
[0039]以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0040]本专利技术设计了一种基于正序相量的等距节点插值迭代频率测量方法，如图1所示，步骤如下：
[0041]步骤1：利用过零法对电力系统的采样信号进行频率初步快速估算，以极少的计算量获得大致的频率范围；
[0042]步骤2：利用步骤1估算的频率对采样信号进行插值，得到跟踪频率后的新插值序列，消除频率偏移影响；
[0043]步骤3：对步骤2得到的新插值序列计算基波相量，消除频谱泄漏的问题；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于正序相量的等距节点插值迭代频率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用过零法对电力系统的采样信号进行频率初步快速估算；(2)利用步骤(1)估算的频率对采样信号进行插值，得到跟踪频率后的新插值序列；(3)对步骤(2)得到的新插值序列计算基波相量；(4)利用步骤(3)得到的基波相量计算正序分量，并用正序分量计算频率；(5)计算本次频率计算结果与上次频率计算结果的差值，若连续两次差值的绝对值小于预设的门槛值ε，则将最新频率计算结果作为最终的频率测量结果；否则以最新频率计算结果对采样信号重复进行上述步骤(2)
‑
(5)。2.根据权利要求1所述基于正序相量的等距节点插值迭代频率测量方法，其特征在于，在步骤(1)中，利用过零法对采样信号进行频率初步快速估算，正弦信号在过零点近似为一条直线，求出正弦曲线两个相量的过零时刻，作为快速估算频率大致范围，得频率f＝1/(nT+t0+t
n
)，t0＝(S1*T)/(S1‑
S0)，t
n
＝(S
n
*T)/(S
n
‑
S
n+1
)，其中，S0,S1为第一个信号过零点左右相邻的两个采样点，S
n
,S
n+1
为第二个信号过零点左右相邻的两个采样点，T为采样周期，t0,t
n
分别为两个过零点之间非整数倍采样周期时间，n为两个过零点之间整数倍的采样周期数。3.根据权利要求1所述基于正序相量的等距节点插值迭代频率测量方法，其特征在于，在步骤(2)中，根据步骤(1)估算的频率，对原始采样值进行等距节点插值，获得跟踪频率后新的插值序列，具体插值方法如下：其中，x

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，侯学勇，陈玉林，余乾，张杰，鲁振威，
申请(专利权)人：南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：