CN103728523A - 一种城市电网合格率的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市电网合格率的测量方法，该方法将改进双正交滤波器组算法，与加权平滑相位差分法结合使用，来测量城市电网频率合格率，本发明改进了目前基于双正交数字滤波器的电网频率跟踪方法,跟踪电网瞬时频率,能更加准确和实时地测量城市电网频率合格率。

Description

一种城市电网合格率的测量方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体地说是一种能更加实时和准确的测量城市电网频率合格率指标的城市电网合格率的测量方法。

背景技术

电力系统频率测量及电网合格率在线监控已经成为电力系统领域发展的一个重要研究方向，传统的离散傅立叶算法存在的测量误差，DFT算法虽然提高了测量精度,但存在计算量大的缺点；这些方法在跟踪速度、准确度、计算量、实现难易程度上各有优缺点、但都很难同时兼顾实时性和准确度的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种城市电网合格率的测量方法，该方法改进了目前基于双正交数字滤波器的电网频率跟踪方法,跟踪电网瞬时频率,能更加准确和实时地测量城市电网频率合格率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种城市电网合格率的测量方法，其特征在于：该方法将改进双正交滤波器组算法，与加权平滑相位差分法结合使用，来测量城市电网频率合格率，具体步骤如下：

1）以采样间隔T_n对连续信号s(t)进行离散采样，得到离散信号s(n)；

2）使用s(n)通过双正交滤波器组式(4)、(5),初次得到S_i(n)、S_t(n)，利用公式(6)得到信号在第n时刻的相位；

一般的，某连续周期电力信号可记作：

采用双正交有限冲缴响应来构成解析信号，两个正交滤波器的冲缴响应分别为：

$h_t\left(n\right)=\sin \frac{2\mathrm{\πn}}{N}+\frac{\mathrm{\π}}{N}---\left(2\right)$

$h_k\left(n\right)=\cos \frac{2\mathrm{\πn}}{N}+\frac{\mathrm{\π}}{N}---\left(3\right)$

式中，n=0,1……,N-1；N=f_n/f₀为总采样点数；

将s(t)信号离散化后，通过上述滤波器得到

$S_i\left(t\right)={\mathrm{\Σ}}_{k=0}^{N-1}s(n-k)h_t\left(k\right)---\left(4\right)$

$S_r\left(t\right)={\mathrm{\Σ}}_{k=0}^{N-1}s(n-k)h_k\left(k\right)---\left(5\right)$

由式(4)和式（5）求得2个正交信号的相位信息：

3）利用公式(8)的加权算法，计算出第n时刻的瞬时频率f_n，最后加低通滤波器进行平滑，采用截止频率为15HZ的4阶巴特沃斯低通滤波器对其进行滤波；

利用第n时刻前的L个数据，通过控制系数h_i的权值来逼近n时刻的真实频率，加权系数h_i为：

$h_i=\frac{1.5L}{L_2-1}{\{1-[\frac{i-(\frac{L}{2}-1)}{\frac{L}{2}}\left]\right\}}^2---\left(7\right)$

带入离散信号的瞬时频率公式：

$f\left(n\right)=f_0+\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{N{f}_0}{L}\×{\mathrm{\Σ}}_{L-1}^{n-2}{h}_2[\mathrm{\Ψ}(n-i)-\mathrm{\Ψ}(n-i-1)]---\left(8\right)$

式中L为平滑窗口宽度，h_i为加权系数；

4）通过第n时刻的瞬时频率f_n与电网的额定频率比较，高于或低于额定频率0.2HZ则此瞬时频率f_n为电网越限频率，此采样间隔T_n为越限时间段；由此可计算出1小时内的总越限时长

N为每一小时的采样点数；

5）通过每小时内的总越限时长，得到城市电网频率合格率指标

完成城市电网合格率的测量。

本方法对双正交滤波器构造复信号法加以改进，即引入加权平滑相位差分算法来求取电力信号的瞬时频率。所谓的加权平滑相位差分法是把数据的平滑和差分相结合，相当于有限低通数字滤波器，有较好的通带和租带特性，对噪声有一定抑制作用。

改进双正交滤波器组是构造复信号的一种方法；与传统傅氏算法不同，本方法可采用幅频校正，克服同步采样这一限制条件。同时与加权平滑相位差分法结合使用，以提高求取电力系统瞬时频率时的抗噪特性。

本发明仿真了跟踪算法的动态特性，数值分析和实测表明，本发明能更加准确和实时地测量城市电网频率合格率。

附图说明

图1是电网频率合格率测量方法流程图。

具体实施方式

一种城市电网合格率的测量方法，该方法将改进双正交滤波器组算法与加权平滑相位差分法结合使用，来测量城市电网频率合格率，见图1，具体步骤如下：

步骤1.以采样间隔T_n对连续信号s(t)进行离散采样，得到离散信号s(n)。

步骤2.使用s(n)通过双正交滤波器组式(4)、(5),初次得到S_i(n)、S_t(n)，利用公式(6)得到信号在第n时刻的相位。

步骤3.利用公式(8)的加权算法，计算出第n时刻的瞬时频率f_n，最后可加低通滤波器进行平滑，采用截止频率为15HZ的4阶巴特沃斯低通滤波器对其进行滤波。

步骤4.通过第n时刻的瞬时频率f_n与电网的额定频率比较，高于或低于额定频率0.2HZ则此瞬时频率f_n为电网越限频率，此采样间隔T_n为越限时间段；由此可计算出1小时内的总越限时长

N每一小时的采样点数。

步骤5.通过每小时内的总越限时长，计算出城市电网频率合格率指标 $\mathrm{\δ}=\frac{s}{\mathrm{NT}}\×100.$

此方法采用瞬时频率计算电网频率合格率指标，实时性和准确性较其他方式更高。

Claims (1)

1.一种城市电网合格率的测量方法，其特征在于：该方法将改进双正交滤波器组算法，与加权平滑相位差分法结合使用，来测量城市电网频率合格率，具体步骤如下：

1）以采样间隔T_n对连续信号s(t)进行离散采样，得到离散信号s(n)；

2）使用s(n)通过双正交滤波器组式(4)、(5),初次得到S_i(n)、S_t(n)，利用公式(6)得到信号在第n时刻的相位；

一般的，某连续周期电力信号可记作：

采用双正交有限冲缴响应来构成解析信号，两个正交滤波器的冲缴响应分别为：

$h_t\left(n\right)=\sin \frac{2\mathrm{\πn}}{N}+\frac{\mathrm{\π}}{N}---\left(2\right)$

$h_k\left(n\right)=\cos \frac{2\mathrm{\πn}}{N}+\frac{\mathrm{\π}}{N}---\left(3\right)$

式中，n=0,1……,N-1；N=f_n/f₀为总采样点数；

将s(t)信号离散化后，通过上述滤波器得到

$S_i\left(t\right)={\mathrm{\Σ}}_{k=0}^{N-1}s(n-k)h_t\left(k\right)---\left(4\right)$

$S_r\left(t\right)={\mathrm{\Σ}}_{k=0}^{N-1}s(n-k)h_k\left(k\right)---\left(5\right)$

由式(4)和式（5）求得2个正交信号的相位信息：

3）利用公式(8)的加权算法，计算出第n时刻的瞬时频率f_n，最后加低通滤波器进行平滑，采用截止频率为15HZ的4阶巴特沃斯低通滤波器对其进行滤波；

利用第n时刻前的L个数据，通过控制系数h_i的权值来逼近n时刻的真实频率，加权系数h_i为：

$h_i=\frac{1.5L}{L_2-1}{\{1-[\frac{i-(\frac{L}{2}-1)}{\frac{L}{2}}\left]\right\}}^2---\left(7\right)$

带入离散信号的瞬时频率公式：

$f\left(n\right)=f_0+\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{N{f}_0}{L}\×{\mathrm{\Σ}}_{L-1}^{n-2}{h}_2[\mathrm{\Ψ}(n-i)-\mathrm{\Ψ}(n-i-1)]---\left(8\right)$

式中L为平滑窗口宽度，h_i为加权系数；

4）通过第n时刻的瞬时频率f_n与电网的额定频率比较，高于或低于额定频率0.2HZ则此瞬时频率f_n为电网越限频率，此采样间隔T_n为越限时间段；由此可计算出1小时内的总越限时长

N为每一小时的采样点数；

5）通过每小时内的总越限时长，得到城市电网频率合格率指标

完成城市电网合格率的测量。

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