CN101561462A - 一种电力系统相量幅值测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统相量幅值测量方法。包括以下步骤：原始正弦输入信号即电压模拟量信号先经过低通滤波模块进行低通滤波；原始正弦输入信号经低通滤波模块滤波处理后分别进入硬件过零检测频率模块测量信号的频率f和硬件定时间间隔离散化采样模块测量幅值F_m和初相角φ_m；得到频率f后，分别进入计算频率的偏移量Δλ模块和当前频率下的幅值增益GAIN模块。当接入同一块A/D的多路电力系统相量的频率并不一致时，本发明大大减少，无需进行复杂的计算就能得到频率的偏移量Δλ，既能够易于在电力系统频率电压紧急控制装置上实现，又能够满足工程上的误差要求，解决了计算花销和计算精度之间的矛盾。

Description

一种电力系统相量幅值测量方法

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，更准确地说是涉及一种电力系统相量幅值测量方法。

背景技术

电力系统相量的幅值是一个重要的观测量，电力系统频率电压紧急控制装置要实时测量其值，并根据其值得变化作出相应的控制措施。电力系统频率电压紧急控制装置常用的幅值计算方法是均方根法及傅氏变换算法。但不管是均方根法及傅氏变换算法，都要求采样间隔t_s与每周波采样点数N、周期T满足关系式 $t_s=\frac{T}{N};$ 否则，计算出来的幅值会产生较大的误差，甚至于某些场合下其误差不可被接受。当电力系统频率发生变化后，也即周期T发生变化后，解决上述问题的方案通常有两种：调整A/D的采样脉冲使其满足关系式 $t_s=\frac{T}{N}$ 进行同步采样以及根据非同步采样计算出来的结果进行软件修正，使其满足误差要求。电力系统频率电压紧急控制装置常用的做法是多路相量在同一块A/D上进行A/D采样。有些时候接入同一块A/D的多路相量的频率并不一致，例如两段母线分列运行，两段母线的频率很可能不一致。此时采用调整A/D的采样脉冲使其进行同步采样的方案不太合适。

文献【1】提出了一种基于DFT的电力系统相量及功率测量新算法，能对幅值进行修正；但计算量相当庞大，如果需要计算的的相量比较多的话，在电力系统频率电压紧急控制装置上实现有难度。文献【1】的作者提出了一种简化了的幅值修正方法，但在频率偏差稍大的时候误差较大。本文提出了一种对基于DFT的电力系统相量及功率测量新算法幅值算法在频率电压紧急控制装置上的工程化改进方法，解决了计算花销和计算精度之间的矛盾，既能够易于在电力系统频率电压紧急控制装置上实现，又能够满足工程上的误差要求。

假设基波频率为f₀＝50.00Hz， $T_0=\frac{1}{f_0}$ 时间内采样点数为N，则T₀时间内的采样序列可以定义为x(k)，k＝0，1，......，N-1。

定义π为圆周率常数；定义实部 $\mathrm{real}=\frac{2}{N}\·\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}[x\left(k\right)\·\cos (k\·\frac{2\·\mathrm{\π}}{N})];$ 定义虚部 $\mathrm{image}=-\frac{2}{N}\·\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}[x\left(k\right)\·\sin (k\·\frac{2\·\mathrm{\π}}{N})];$ 定义幅值 $F_m=\sqrt{\mathrm{real}*\mathrm{real}+\mathrm{image}*\mathrm{image}};$ 定义初相角

定义当前实际频率为f；定义频率的偏移量 $\mathrm{\Δ\λ}=\frac{f}{f_0}-1.$

文献【1】提出的解决其技术问题所采用的技术方案如下：

1、进行DFT计算，得到幅值F_m和初相角

2、进行一系列计算得到频率的偏移量Δλ，详细计算公式参见文献【1】。

3、根据公式计算修正后的幅值F。

文献【1】：王茂海，孙元章.基于DFT的电力系统相量及功率测量新算法.电力系统自动化，2005，29(2)：20-24

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种电力系统相量幅值测量方法，可以解决计算花销和计算精度之间的矛盾。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

1、原始正弦输入信号即电压模拟量信号先经过低通滤波模块进行低通滤波，以消除原始正弦输入信号中二次及二次以上谐波分量的干扰。

2、原始正弦输入信号经低通滤波模块滤波处理后分别进入硬件过零检测频率模块和硬件定时间间隔离散化采样模块处理：

a、经硬件过零检测频率模块测频率：

硬件过零检测频率其原理是这样的：对于一任意正弦信号x(t)而言，总能找到相邻的两个点t₁和t₂满足关系式 $\left\{\begin{array}{c}x\left(t_1\right)=0\\ {\frac{\mathrm{dx}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}|}_{t=t_1}=0\end{array}\right.$ 和 $\left\{\begin{array}{c}x\left(t_2\right)=0\\ {\frac{\mathrm{dx}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}|}_{t=t_2}=0\end{array}\right.$ 成立。用硬件定时器记录下t₁和t₂的时间差，该时间差即为该正弦信号的周期T，周期T的倒数即为该正弦信号的频率f。

得到频率f后，分别进入计算频率的偏移量Δλ模块和当前频率下的幅值增益GAIN模块处理：计算得到当前的频率的偏移量Δλ；依据当前硬件过零检测频率模块测得的频率查幅值增益表得到当前频率下的幅值增益GAIN。

幅值增益表是这样得到的：

给定原始信号， $x\left(i\right)=4096\·\cos (\frac{f}{50}\·\frac{i\·2\·\mathrm{\π}}{N}),$ i＝0，1，2，...，N-1。频率f以0.01Hz为步长，计算出45.00Hz到55.00Hz的幅值的平均值，而后用4096除以不同频率下幅值的平均值得到不同频率下的幅值修正增益，所有的幅值增益值组合成一张幅值增益表。

b、硬件定时间间隔离散化采样模块处理后得到离散化的采样序列：每隔固定的时间间隔 $\mathrm{\Δ}{t}_0=\frac{T_0}{N}$ 去触发一次A/D芯片的采样脉冲，使A/D芯片进行采样从而得到离散化的采样序列。对该采样序列每次取N个采样点进行计算得到幅值F_m和初相角

3、由计算得到电压的幅值F。

本发明的有益效果如下：当接入同一块A/D的多路电力系统相量的频率并不一致时，本发明和文献【1】中的计算量相比，大大减少，无需进行复杂的计算就能得到频率的偏移量Δλ，既能够易于在电力系统频率电压紧急控制装置上实现，又能够满足工程上的误差要求，解决了计算花销和计算精度之间的矛盾。

附图说明

图1是本发明的流程图

具体实施方式

给定原始信号为x(t)＝4096·cos(2·π·f·t)，N取24，则固定采样脉冲间隔为 $t_s=\frac{T_0}{N}=\frac{1}{f_0\·N}=\frac{1}{50\×24},$ f取不同的值，每隔t_s间隔采样一次，共采样96个点，得到的采样点序列为x_f(0)、x_f(1)、......、x_f(95)。

由于现阶段频率电压紧急控制装置所用CPU大都为整形CPU，为模拟实际计算环境：获取原始采样点信号时，cos(2·π·f·t)计算结果为小数，而后乘以4096后再四舍五入得到整型的采样点序列；除了获取原始采样点信号运算外其余运算过程中涉及到小数时扩大2^15倍后转成整形数据类型，截断误差的处理原则是四舍五入。

Claims (1)

1、一种电力系统相量幅值测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)原始正弦输入信号即电压模拟量信号先经过低通滤波模块进行低通滤波；

2)原始正弦输入信号经低通滤波模块滤波处理后分别进入硬件过零检测频率模块测量信号的频率f和硬件定时间间隔离散化采样模块测量幅值F_m和初相角

；

3)得到频率f后，分别进入计算频率的偏移量Δλ模块和当前频率下的幅值增益GAIN模块；

4)根据公式计算最终幅值F。

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