数字化变电站电力信号非同步采样条件下的谐波测量方法技术

一种数字化变电站电力信号非同步采样条件下的谐波测量方法：在以目前常用的双谱线插值算法进行优化的同时，对该信号进行加组合余弦窗I窗W(n)进行截断，组合余弦窗I为：系数为：b0=0.669473；b1=0.9589665；b2=0.329297；b3=0.0398035。本发明专利技术通过对采样数据加组合余弦窗后的FFT数据中真实频率点附近的2根最大的谱线进行修正，从而得到谐波的频率，幅值和相位。本发明专利技术实现简单，在实际应用中仅需10个周期数据即可达到较高的精度。计算量相比一般的余弦窗要小，计算精度更高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非同步采样条件下的高精度谐波测量方法，尤其是涉及一种对数字化变电站电力信号在非同步采样条件下的高精度谐波测量方法。
技术介绍
数字化变电站中，由于IEC61850-9-2标准帧数字采样率以固定的采样率对电力信号进行采样，而电力系统的频率不是一成不变的。在这种情况下，如果按照固定频率去采样，不能保证同步整周期采样，且目前数字化变电站中有的信号每周波的采样点数不是2的整数次幂。这时如果采用常规的FFT算法对采样信号进行分析会出现频谱泄漏和计算精度不能满足要求等问题。采用常规谐波计算软件的算法处理合并单元按照等时间间隔输出的数字化采样信号，就会发生严重的频谱泄露。频谱泄漏和栅栏现象使检测出的谐波幅值、相角和频率均存在较大的误差，不满足检测精度的要求。利用插值算法可以解决栅栏问题，但是不能消除因频谱泄漏现象而导致的测量误差；利用加窗后进行DFT分析算法可以减少频谱泄漏误差，但是需要权衡窗函数复杂度和计算量。针对这个问题，国内外多个学者作了相应的研究，并提出了一些改进方法:如黄方能等人提出的高精度插值FFT谐波分析方法、薛蕙等人提出的基于FFT的高精度谐波检测方法、杨川等人提出的一种解决谐波分析非整周期采样问题的新方法、卿柏元等人提出的基于Nuttall窗双谱线插值FFT的电力谐波分析方法等。然而以上方法都或多或少的存在一些问题，诸如插值法不能解决频谱泄露问题，信号相角估计误差较大，由于迭代公式的使用使得计算量大的问题，为了得到理想精度就必须增加采样数据的问题等。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，就是提供一种，本方法误差不大不会产生频谱泄露，且随着计算要求精度及谐波成分的增加，也不必增加窗函数的长度和复杂度。解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为:一种，包括以下步骤:SI以固定采样频率fs采样被分析的电力信号得:x (η)，对该信号进行加组合余弦窗I窗W(n)进行截断，组合余弦窗I的表达式如下:K2πw-( ) = ^(-1)1 Bj cos(——in), η = 0,1，...，# —I =οN系数为:b0=0.669473; b^0.9589665; b2=0.329297; b3=0.0398035;截断得到:xm(n)=x(n).W(n)n=0...N_l, N 为数据窗的长度;对截断的信号进行离散傅里叶变换:权利要求1.一种，包括以下步骤: SI以固定采样频率fs采样被分析的电力信号得:Χ (η)，对该信号进行加组合余弦窗I窗W(η)进行截断,得到:xm(η) =χ (η).W(n)n=0...N_l, N为数据窗的长度； 对截断的信号进行离散傅里叶变换:全文摘要一种在以目前常用的双谱线插值算法进行优化的同时，对该信号进行加组合余弦窗I窗W(n)进行截断，组合余弦窗I为系数为b0=0.669473；b1=0.9589665；b2=0.329297；b3=0.0398035。本专利技术通过对采样数据加组合余弦窗后的FFT数据中真实频率点附近的2根最大的谱线进行修正，从而得到谐波的频率，幅值和相位。本专利技术实现简单，在实际应用中仅需10个周期数据即可达到较高的精度。计算量相比一般的余弦窗要小，计算精度更高。文档编号G01R23/16GK103207319SQ20131007922公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月12日 优先权日2013年3月12日专利技术者李玎, 王玲, 徐柏榆, 盛超, 陈晓科, 邓志, 刘开培, 乐健, 张俊敏, 汪立 申请人:广东电网公司电力科学研究院, 武汉大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字化变电站电力信号非同步采样条件下的谐波测量方法，包括以下步骤：S1以固定采样频率fs采样被分析的电力信号得：x(n)，对该信号进行加组合余弦窗I窗W(n)进行截断，得到：xm(n)=x(n)·W(n)n=0...N?1，N为数据窗的长度；对截断的信号进行离散傅里叶变换：Xm(k)=N2Σn=0N-1(An/2)×[ejθnW(π(k·Δf-n·f0)/fs)]上式中：Xm(k)：xm(n)的离散傅里叶变换值；An,θn：第n次谐波的幅值和初始相位；W(π(k·△f?n·f0)/fs)：窗函数W(n)的离散傅里叶变换值；△f：离散频率间隔，且所述的组合余弦窗I表达式如下：wi(n)=Σi=0K(-1)ibicos(2πNin),n=0,1,...,N-1系数为：b0=0.669473;b1=0.9589665;b2=0.329297;b3=0.0398035;S2在步骤S1中，基波峰值频率f0=k0·△f很难正好位于离散谱线频点上，即k0一般不是整数；设峰值点左右两侧的谱线分别为第k1和k2条，这两条谱线为峰值点附近幅值最大和次最大的谱线；显然地，k1y1y2=|W(2π(k1-k0)/N)W(2π(k2-k0)/N)|;S3对于给定的窗函数，将目前的双谱线插值法进行优化，计算曲线拟合的系数；由上式可以计算出唯一未知量k0，由于0≤k0?k1≤1，为简化运算，引入参数α=k0?k1，则有：β=y2-y1y2+y1|W(2π(-α+1)/N)-W(2π(-α)/N)W(2π(-α+1)/N+W(2π(-α)/N)|且当N较大时，上式一般可以简化为：α=g?1(β)采用多项式逼近方法计算该式；S4用次强谱线的信息于幅值修正：直接对k1和k2两根谱线幅值进行加权平均，其相应幅值计算公式为：A=2(y2+y1)W(2π(-α+1)/N)+W(2π(-α)/N)假设两根谱线采用的权重与其各自的幅值成正比；对于一般的实系数窗函数采用多项式逼近求出函数的近似计算公式，结果中将不含有奇次项；这样，双峰谱线修正算法的计算公式就可改写为：A=N?1(y1+y2)(b0+b2β2+...+b2lβ2l)幅值的计算公式为：θ=arg[X(k1·△f)]+π/2?arg[W(2π·(k1?k0)/N]S5根据前面的步骤可以得到基波频率f1=f0，接下来计算第i次谐波的幅值和相角：在(i·f1?5)～(i·f1+5)范围中再寻求相应的y1和y2，回到步骤S2，一直到所有谐波计算完毕。所得结果可用于进行相关的误差分析或别的用途。FDA00002909129400012.jpg,FDA00002909129400015.jpg...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李玎，王玲，徐柏榆，盛超，陈晓科，邓志，刘开培，乐健，张俊敏，汪立，
申请(专利权)人：广东电网公司电力科学研究院，武汉大学，
类型：发明
国别省市：