CN103575993B - 结合pmu动态数据处理的采样数据处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结合PMU动态数据处理方法，该方法在系统频率出现偏差情况下采用本方法能在不同功能应用中有效抑制频率偏差的影响。在电力系统频率偏离了额定频率后，依据PMU高精度频率计算结果，对原始采样数据进行动态处理来满足各次谐波分量计算、差频系统同期合闸等的应用要求；同时克服了常规采样在同一片ADC上完成多测点输入模拟量的数字化，频率跟踪只能选取一个主通道执行，进而有可能放大其他测点计算误差的缺点。本发明提高了电力系统频率偏差后测控装置的测量精度和控制可靠性。

Description

结合PMU动态数据处理的采样数据处理方法
技术领域
本发明属于电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种数据处理方法。
背景技术
在常规变电站中电流、电压互感器通过二次电缆接入二次设备，其采样CPU完全控制A/D转换时刻，并通过现有的硬测频回路或软件测频获得系统频率，常用的方法是将测频结果反馈到采样控制中，采用前一次计算所得频率倒数作为本次采样的时间间隔，动态调整A/D采样启动时刻。这种变采样率采样，可跟踪输入模拟量频率的变化，保证频率偏移额定值(工频f0＝50Hz)后基于整周波的计算算法仍然准确，只要跟踪足够灵敏就可以抵消频率变化对计算的影响。
在IEC61850的纯数字化变电站中，过程层已经数字化、网络化，间隔层二次设备直接用数字通信接口接收采样值(SV)报文，AD采样由MU就地完成，间隔层设备不能控制，无法实施变采样率采样。当电力系统频率偏离了工频额定频率，常规测控算法采用长周波均方根算法计算总有效值，该算法可在一定范围内消除由于频率偏差带来的误差的影响，但是当频率偏移额定频率越大时，计算出的有效值波动会越大。尤其是在计算基波和各次谐波分量幅值时就会出现由于数据窗口非整周波造成频谱泄露，进而引入误差，呈现出基波和谐波幅值明显波动；同理，在差频系统中执行同期合闸，如果采用单周波的均方根有效值算法会有较大误差，而受频率偏差影响较小的长周波算法，天然存在输出计算结果过缓造成响应速度慢的缺点。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了结合PMU动态数据处理技术的一种测控算法，在系统频率出现偏差情况下采用本方法能在不同功能应用中有效抑制频率偏差的影响。
本发明采用的技术方案如下：
一种结合PMU动态数据处理的采样数据处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)电力电流互感器/电压互感器输出电流、电压，经合并单元(MU)数字化处理后，向过程层网络输出符合IEC61850-9-2规范的采样值报文，即SV报文，合并单元的固定采样率4kHz，采样间隔ΔT0＝250μs，对应工作在额定频率f0＝50Hz的电力系统，相当于每周波采集N＝80点；厂站一体化装置接入过程层网络，从过程层网络获取并解析SV报文，并进行基于DFT求解基波相量的动态数据处理，计算当前与上一相邻采样时刻基波分量的相量，计算相邻两个采样点之间的相位差，计算当前频率与额定频率的频率差，获得电力系统当前频率f1并按精确时标记录保存该频率，电力系统频率计算范围25.000Hz～75.000Hz；如果电力系统当前频率在额定频率附近，则进行正常的常规计算和判别，当电力系统当前频率f1偏离额定频率f0达到预定值时，进行以下步骤2和步骤3；
(2)当厂站一体化装置接收到谐波检测命令后，实时进行电力系统的谐波检测，计算T1＝1/f1，N1＝T1/ΔT0，其中，f1为电力系统当前实际频率，T1为电力系统当前周期，N1为当前一个整周波的理论采样点数，将N1放大k倍后取整数，用k个实际周波数据作为数据窗，分别计算合并单元采样值的基波和各次谐波的有效值；扩大采样窗计算有效值的代价是时间响应慢；当厂站一体化装置没有接收到谐波检测命令，则执行步骤(3)；
(3)当厂站一体化装置接收来自站控层网络的自动同期合闸命令后，依据ΔT1＝T1/N，对一个理想周波内的N个采样值按ΔT1为新的采样间隔实施拉格朗日插值，以这种重采样的技术手段，产生新的对应当前电力系统频率f1的N点采样序列，计算参与同期双方的电压幅值差、相位差，然后进行差频系统同期合闸条件判断；当厂站一体化装置没有接收到来自站控层网络的自动同期合闸命令时，处理过程结束。
有益效果：本发明结合了相量测量单元(PMU)模块宽动态范围内高精度相量和频率计算，动态适应电力系统频率对额定频率的偏离，分别用一个周波内变采样点数和重采样变采样间隔时间的算法，大大提高了谐波检测精度，提升了差频系统同期合闸合格率。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
图1是本发明的输入采样值数据序列；
图2是本发明的结合PMU动态数据处理的采样数据处理方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，+号标记的曲线为工频50Hz，第0～80点为一个周波20ms，正方形标记的曲线频率大于额定值，三角曲线频率小于额定值。如果都以20ms数据窗计算谐波量，偏离额定频率下的模拟量会因为数据窗包含的采样点在一个周波内的位置不同而计算结果不断波动。
因此针对不同的应用，本发明提出了不同的频率自适应方法。如图2所示，本发明结合PMU动态数据处理的采样数据处理方法包括以下步骤：
步骤1：电力电流互感器/电压互感器输出电流、电压，经合并单元(MU)数字化处理后，向过程层网络输出符合IEC61850-9-2规范采样值报文、即SV报文，合并单元的固定采样率4kHz，采样间隔ΔT0＝250μs，对应工作在额定频率f0＝50Hz的电力系统，相当于每周波采集N＝80点；厂站一体化装置接入过程层网络，从过程层网络获取并解析SV报文，并进行基于DFT求解基波相量的动态数据处理，计算电力系统当前频率f1并按精确时标记录保存该频率，电力系统频率计算范围25.000Hz～75.000Hz；如果电力系统当前频率在额定频率附近，则进行正常的常规计算和判别，当电力系统当前频率f1偏离额定频率f0达到预定值时，进行以下步骤2和步骤3；
步骤2：当厂站一体化装置接收到谐波检测命令后，实时进行电力系统的谐波检测，计算T1＝1/f1，N1＝T1/ΔT0，其中，f1为电力系统当前实际频率，T1为电力系统当前周期，N1为当前一个整周波的理论采样点数，将N1放大k倍后取整数，用k个实际周波数据作为数据窗，分别计算合并单元采样值的基波和各次谐波的有效值；这是变采样点数，定采样间隔的计算方法；当厂站一体化装置没有接收到谐波检测命令，则执行步骤(3)；
步骤3：当厂站一体化装置接收来自站控层网络的自动同期合闸命令后，依据ΔT1＝T1/N，对一个理想周波内的N个采样值按ΔT1为新的采样间隔实施拉格朗日插值，以这种重采样的技术手段，产生新的对应当前电力系统频率f1的N点采样序列，快速计算计算参与同期双方的电压幅值差、相位差，然后进行差频系统同期合闸条件判断。随着时间推移实时捕捉最佳合闸提前时间，避免了同期双方电压频率不一致且频率在不断调节过程中造成的电压有效值计算误差问题，实现平滑并网操作。这是固定一个周期的采样点数N＝80，对原始采样值进行重采样插值，形成当前实际周期内间隔时间为ΔT1的定采样点数，变采样间隔的计算方法；当厂站一体化装置没有接收到来自站控层网络的自动同期合闸命令时，处理过程结束。
对于谐波量计算的应用，采用固定采样间隔为ΔT0修正一周内采样点数并适当放大数据窗口来补偿一周波非整数采样点产生的误差。在差频系统自动同期合闸判别中，对侧频率、电压处于不停地调节变化中，采用对原始数据的插值重采样法来拟合实际周期一周内的新采样序列点，仍然使用每周采样点数N不变的公式计算有效值。

Claims (1)

1.一种结合PMU动态数据处理的采样数据处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)电力电流互感器/电压互感器输出电流、电压，经合并单元(MU)数字化处理后，向过程层网络输出符合IEC61850-9-2规范的采样值报文，即SV报文，合并单元的固定采样率4kHz，采样间隔ΔT0＝250μs，对应工作在额定频率f0＝50Hz的电力系统，相当于每周波采集N＝80点；厂站一体化装置接入过程层网络，从过程层网络获取并解析SV报文，并进行基于DFT求解基波相量的动态数据处理，计算当前与上一相邻采样时刻基波分量的相量，计算相邻两个采样点之间的相位差，计算当前频率与额定频率的频率差，获得电力系统当前频率f1并按精确时标记录保存该频率，电力系统频率计算范围25.000Hz～75.000Hz；如果电力系统当前频率在额定频率附近，即电力系统当前频率f1偏离额定频率f0小于预定值，则进行正常的常规计算和判别，当电力系统当前频率f1偏离额定频率f0达到预定值时，进行以下步骤(2)；
(2)当厂站一体化装置接收到谐波检测命令后，实时进行电力系统的谐波检测，计算T1＝1/f1，N1＝T1/ΔT0，其中，f1为电力系统当前实际频率，T1为电力系统当前周期，N1为当前一个整周波的理论采样点数，将N1放大k倍后取整数，用k个实际周波数据作为数据窗，分别计算合并单元采样值的基波和各次谐波的有效值；当厂站一体化装置没有接收到谐波检测命令，则执行步骤(3)；
(3)当厂站一体化装置接收来自站控层网络的自动同期合闸命令后，依据ΔT1＝T1/N，对一个理想周波内的N个采样值按ΔT1为新的采样间隔实施拉格朗日插值，以这种重采样的方式，产生新的对应当前电力系统频率f1的N点采样序列，计算参与同期双方的电压幅值差、相位差，然后进行差频系统同期合闸条件判断；当厂站一体化装置没有接收到来自站控层网络的自动同期合闸命令时，处理过程结束。
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