【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电力系统基波频率测量方法及装置，属于电力系统。
技术介绍
1、随着新型电力系统的建设和发展，电力系统中新能源装机占比和发电量占比逐年增加，导致系统惯量降低，此外新能源发电存在不确定性，使系统的功率平衡状态剧烈波动，频率也随之剧烈变化。频率作为电力系统的重要运行参数之一，其测量精度直接关系着电网的安全与稳定，但高比例新能源和高比例电力电子恶化了电网信号的畸变率和稳定性，增加了频率准确测量的难度。再加上新型低频、中频输电技术的发展，频率测量的适用性又需要进一步考虑。因此，亟需开展基波频率测量算法的研究，为新型电力系统的运行控制(例如惯量响应控制、电能质量监测、新型保护等)提供数据支撑。
2、目前，国内外专家提出了各类频率测量算法，主要包括离散傅里叶变换(discretefourier transform,dft)/快速傅里叶变换(fast fourier transform,fft)类方法、相角差分类方法、基于时域模型的参数估计类方法等。dft/fft类方法通过对信号进行频谱分析，搜寻最大幅值谱线所对应的频率点求解基波频率。然而，fft存在频谱泄漏和栅栏效应，导致测得的频率误差较大，因此提出了各类频谱校正方法，包括能量重心法、比值法、相位差校正法等。这些方法大大提高了基波频率的测量精度，但当计算时间窗要求较小且频率发生较大偏移时，测量误差较大。
3、相角差分法通过提取电压信号的相量，对相量相角进行差分得到基波频率，即认为频率是相角的导数。同步相量测量装置(phasor measurement
4、基于时域模型的参数类估计方法是用模型拟合采样值，把频率当作模型中的一个参数，利用高斯牛顿法、卡尔曼滤波法等来实现参数估计。这些方法需建立精确的信号模型，但在实际系统中频率分量的个数往往难以精确确定。此外，这些方法在估计过程中，并未用到正弦函数的特性，导致精度普遍不高。因此，这些算法难以适用于复杂电气量的测量，在实际电力系统频率测量中应用不多。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电力系统基波频率测量方法及装置，解决现有方法无法保证短时窗条件下频率测量的测量性能的技术问题。
2、为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
3、第一方面，本专利技术提供了一种电力系统基波频率测量方法，包括：
4、获取目标电力系统的电压信号，并对所述电压信号进行带通滤波；
5、将额定频率作为参考频率，重复以下步骤，直至到达预设次数，输出最终计算得到的目标电力系统的基波频率：
6、采用多项式拟合滤波后的所述电压信号的相对旋转相量，对滤波后的所述电压信号进行逼近；
7、构建线性方程组，利用最小二乘法求解所述多项式的拟合系数，得到相对旋转相量及其导数；
8、根据所述相对旋转相量及其导数，采用圆周运动轨迹方程计算目标电力系统的基波频率；
9、将计算得到的目标电力系统的基波频率作为参考频率。
10、可选的，所述滤波后的所述电压信号s(t)为：
11、
12、式中，x(t)、为t时刻电压信号的幅值和受基频偏移产生的相角，f0、fn为基波频率和参考频率，φ(t)为t时刻电压信号频率偏移参考频率造成的相角。
13、可选的，所述滤波后的所述电压信号的相对旋转相量δp为：
14、
15、δp＝x(t)ejφ(t)＝x(t)cos[φ(t)]+jx(t)sin[φ(t)]
16、式中，p为旋转相量，j为虚数单位；相对旋转相量δp对应的频率δf＝f0-fn；
17、所述采用多项式拟合滤波后的所述电压信号的相对旋转相量包括：
18、拟合所述相对旋转相量的实部和虚部：
19、x(t)cos[φ(t)]＝a0+a1t+a2t2+…aiti…+antn
20、x(t)sin[φ(t)]＝b0+b1t+b2t2+…biti…+bntn
21、式中，ai、bi为多项式的第i个拟合系数，0≤i≤n，n为多项式的阶数；
22、所述对滤波后的电压信号进行逼近为：
23、
24、可选的，所述线性方程组为：
25、s(t)＝c·h
26、式中，s(t)为电压信号的连续2n+1个采样值：
27、s(t)＝[s(t0),s(t1),…,s(tn),…,s(t2n-1),s(t2n)]t
28、t为时间向量：
29、
30、式中，fs为电压信号的采样频率，n为正整数；
31、h为多项式的拟合系数构成的矩阵：
32、h＝[a0,a1,a2,…ai…,an,b0,b1,b2,…bi…,bn]
33、c为正余弦信号构成的常系数矩阵：
34、
35、
36、
37、式中，a(tm)＝cos(2πfntm)，b(tm)＝sin(2πfntm)，m＝0,1,…,2n。
38、可选的，所述利用最小二乘法求解所述多项式的拟合系数，得到相对旋转相量及其导数包括：
39、利用最小二乘法求解所述多项式的拟合系数为：
40、h＝(ctc)-1cts(t)
41、确定时间窗的窗长tl＝(2n+1)/fs，常系数矩阵c的值确定，并计算(ctc)-1ct的值；
42、根据(ctc)-1ct的值确定矩阵h的值；
43、当时标打在计算时间窗中时，t＝0，此时所述相对旋转相量及其导数为：
44、δp＝a0+jb0
45、
46、式中，为相对旋转相量δp的导数。
47、可选的，所述采用圆周运动轨迹方程计算目标电力系统的基波频率包括：
48、对所述滤波后的所述电压信号的旋转相量做变速圆周运动，其运动方程为：
49、
50、式中，θ(t)＝2πf0t+φ(t)为t时刻电压信号的相角，x(t)、y(t)为旋转相量的实部和虚部；
51、对所述运动方程求时间的导数得到运动速度方程：
52、
53、式中，为旋转相量导数的实部和虚部，x′(t)、θ′(t)为t时刻电压信号的幅值和相角的导数；
54、根据所述运动方程和所述运动速度方程计算电压信号的旋转角速度：
55、
56、式中，ω(t)为t时刻信号的旋转角速度；
57、根据所述旋转角速度计算t时刻的基波频率：
58、
59、在计算时间窗内，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电力系统基波频率测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的电力系统基波频率测量方法，其特征在于，所述滤波后的所述电压信号s(t)为：
3.根据权利要求2所述的电力系统基波频率测量方法，其特征在于，所述滤波后的所述电压信号的相对旋转相量ΔP为：
4.根据权利要求3所述的电力系统基波频率测量方法，其特征在于，所述线性方程组为：
5.根据权利要求4所述的电力系统基波频率测量方法，其特征在于，所述利用最小二乘法求解所述多项式的拟合系数，得到相对旋转相量及其导数包括：
6.根据权利要求5所述的电力系统基波频率测量方法，其特征在于，所述采用圆周运动轨迹方程计算目标电力系统的基波频率包括：
7.根据权利要求6所述的电力系统基波频率测量方法，其特征在于，所述(CTC)-1CT还包括：
8.根据权利要求1所述的电力系统基波频率测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括对最终计算得到的目标电力系统的基波频率进行低通滤波。
9.一种电力系统基波频率测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：<...
【技术特征摘要】
1.一种电力系统基波频率测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的电力系统基波频率测量方法，其特征在于，所述滤波后的所述电压信号s(t)为：
3.根据权利要求2所述的电力系统基波频率测量方法，其特征在于，所述滤波后的所述电压信号的相对旋转相量δp为：
4.根据权利要求3所述的电力系统基波频率测量方法，其特征在于，所述线性方程组为：
5.根据权利要求4所述的电力系统基波频率测量方法，其特征在于，所述利用最小二乘法求解所述多项式的拟合系数，得到相对旋转相量及其导数包括：
6...
【专利技术属性】
技术研发人员：许书迪，王晨清，郑明忠，袁宇波，高磊，李鹏，卜强生，杨毅，孔祥平，叶志刚，郑俊超，宾子君，陶艳，林金娇，周琦，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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