CN102788901A - 一种高精度同步相量动态测量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高精度同步相量动态测量的方法，其特征在于，步骤为：通过波形转换电路将输入相量测量单元的正弦波信号转换成方波信号，检测该方波信号的过零点以及信号频率；根据方波信号的过零点启动采样，根据实际信号频率调整采样频率，将一个完整信号周波的所有采样数据点进行存储，根据GPS同步时钟所提供的时间同步信号读取所有采样数据点并进行离散傅里叶算法运算，得到信号的相量。本发明提供的方法消除了频率偏离额定频率时对数据精度的影响，实现了频率偏离额定频率大范围情况下，系统依然具有较高精度的相量测量。

Description

一种高精度同步相量动态测量的方法

技术领域

本发明涉及一种基于GPS同步时钟进行高精度同步相量动态测量的方法，属于电力系统信息化与自动化技术领域。

背景技术

随着人类对环境问题的认识日益深刻，电力能源在人类生活中的应用也日渐广泛，伴随着区域电力系统互联的发展，电力系统的规模也日趋庞大，电网中的突发事件对整个电网的干扰影响也越大越难以检测及维修。因此需要对电网进行实时动态监控，采集高精度、实时动态的电力系统数据，精确的分析电网的负荷状态，对电网电力进行统一调配，对各个变电站运行故障进行预警，分析。而实现对整个电网中位于不同地理位置的电力信号进行采集，实时同步检测跨越较大地理范围节点上的关键电量，就必须依赖相量测量单元(英文名称为：PhasorMeasurement Unit，简称PMU)进行数据采集。

传统上用于相量测量单元的同步相量测量方法大多采用固定时间窗、固定采样频率进行信号采样，然后依据复杂算法和实际频率偏离额定频率的情况，估算附加误差，再进行相应的补偿，以计算出非额定频率情况下的相量信息，因此其数据运算量较大，并且影响数据的实时性采样与计算。而且通过复杂算法进行频率偏离额定值的计算，其计算的理论值与实际值较存在不确定性的偏差，特别是当实际频率偏离额定频率较远时，数据计算误差会随着偏移量的增大而增大，因而适应的测量范围较小，数据的精度不高。因此，传统方法在数据的精度和实时性上有较大的缺点。因此，需要采用一种新的高精度实时相量测量方法来解决传统上固定采样频率及算法修正的不足，提高系统对频率偏差的适应性，同时也提高系统的实时、高精度数据采样。

专利申请号为03145952.8和200910087425.X的发明专利，其就是采用固定时间窗、固定采样频率进行信号采样，通过算法计算频率偏离额定频率情况下的误差，在一定程度上提高了频率偏离情况下的测量精度，但当频率偏离额定范围较大情况下，其通过算法计算的误差与实际误差相差较大，进而影响测量精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够消除频率偏离额定频率时对数据精度的影响的用于相量测量单元的同步相量测量方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种高精度同步相量动态测量的方法，其特征在于，步骤为：

第一步、通过波形转换电路将输入相量测量单元的正弦波信号转换成方波信号，检测该方波信号的过零点以及信号频率；

第二步、将检测到的信号频率，依据一阶滞后滤波算法进行频率软件滤波，滤去信号中的谐波和杂波干扰，得到稳定的实际信号频率；

第三步、根据方波信号的过零点启动采样，根据实际信号频率调整采样频率，保证在信号采样符合傅里叶算法要求的情况下，始终在完整信号周期采样，将一个完整信号周波的所有采样数据点进行存储，根据GPS同步时钟所提供的时间同步信号读取所有采样数据点并进行离散傅里叶算法运算，得到信号的相量；

第四步、采用相关算法对GPS同步时钟的时刻点与各个采样数据点之间的时间偏差进行修正，从而提高系统测量数据的精度。

本发明提供的方法采用数据采样与数据信息处理相互独立的方式，并结合信号频率进行相应的滤波，然后根据频率调整数据采样的时间间隔，并依据同步时钟信号进行DFT运算，消除了频率偏离额定频率时对数据精度的影响，实现了频率偏离额定频率大范围情况下，系统依然具有较高精度的相量测量。

实践证明，该方法能够适应频率大范围偏离额定频率的情况，在额定频率5％的范围内偏离时(45Hz～55Hz)，其均具有较高的测量精度，同时也避免信号中谐波和杂波的干扰，实现对信号的稳定测量。

附图说明

图1为本发明提供的总体设计框图；

图2为同步时钟点与采样点的时间偏差示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

结合图1，本发明提供了一种高精度同步相量动态测量的方法，其步骤为：

第一步、通过波形转换电路将输入相量测量单元的正弦波信号转换成方波信号，利用相量测量单元的DSP的的输入捕获单元检测该方波信号的过零点以及信号频率；

第二步、将检测到的信号频率，依据一阶滞后滤波算法进行频率软件滤波，滤去信号中的谐波和杂波干扰，得到稳定的实际信号频率，一阶滞后滤波算法的公式为：

一阶滞后滤波算法其中，Frq_{_n}表示当前时刻频率值(麻烦补充)，k表示滤波参数(麻烦补充)，Frq_{_(n-1)}表示前一时刻频率值(麻烦补充)。

第三步、根据方波信号的过零点启动采样，根据实际信号频率调整采样频率，保证在信号采样符合傅里叶算法要求的情况下，始终在完整信号周期采样，将一个完整信号周波的所有采样数据点进行存储，根据GPS同步时钟所提供的时间同步信号读取所有采样数据点并进行离散傅里叶算法运算，得到信号的相量；

第四步、如图2所示，GPS同步时钟的时刻点与各个采样数据点之间存在时间偏差，在图中，A1-A3及B1-B3表示采样数据点，两相邻采样数据点之间的间隔即为采样周期时间，位于正弦波上方的方波信号为GPS同步时钟的20倍频信号，A、B分别表示GPS同步时钟的时刻点与各个采样数据点之间存在时间偏差。本发明采用相关算法对GPS同步时钟的时刻点与各个采样数据点之间的时间偏差进行修正，从而提高系统测量数据的精度。

现场试验数据分析表明：当信号频率在额定频率±10％的范围内偏离时(45Hz～55Hz)，交流幅值误差在0.2％以内，相位误差在0.5度以内，频率误差在0.02％以内(即误差不大于±0.01Hz)，符合IEEE_Std_C37.118-2005同步相量标准。

Claims (1)

1.一种高精度同步相量动态测量的方法，其特征在于，步骤为：

第一步、通过波形转换电路将输入相量测量单元的正弦波信号转换成方波信号，检测该方波信号的过零点以及信号频率；

第二步、将检测到的信号频率，依据一阶滞后滤波算法进行频率软件滤波，滤去信号中的谐波和杂波干扰，得到稳定的实际信号频率；

第三步、根据方波信号的过零点启动采样，根据实际信号频率调整采样频率，保证在信号采样符合傅里叶算法要求的情况下，始终在完整信号周期采样，将一个完整信号周波的所有采样数据点进行存储，根据GPS同步时钟所提供的时间同步信号读取所有采样数据点并进行离散傅里叶算法运算，得到信号的相量；

第四步、采用相关算法对GPS同步时钟的时刻点与各个采样数据点之间的时间偏差进行修正，从而提高系统测量数据的精度。

Images