CN104237633A - 一种频率快速测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种频率快速测量方法，所以本发明的基本方案是：实时测量三相电压，然后对每个采样点的电压采样值进行数学运算处理，得到整数倍频率的虚拟波形；对所述虚拟波形，通过周期法计算过零点，得到虚拟波形的频率；根据所述整数倍数值，计算所测量的频率。由于虚拟波形的频率高，所需要的测量周期短，所以能够大大提高周期法测量的实时性。

Description

一种频率快速测量方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统频率测量方法，是一种频率突变并且逐步衰减过程中的快速测频，适用于电源切换过程中的快速切换设备。

背景技术

电源切换是现有电力系统中为可靠供电所必不可少的方法，但是在电源切换过程中，母线电压由于异步电动机产生的反馈电势的存在，频率由同步转速频率瞬变为异步转速频率，随后幅值和频率将缓慢衰减，因此切换时必须考虑反馈电压与备用电源电压间的压差、频差引起的电流电压冲击问题，避免造成电源非同期合闸造成设备损坏或寿命缩短等严重后果。因此快速测量母线电压失电后的瞬时频率成为快切技术中的重要一个环节。

传统的频率测量方法很多，包括过零点的周期算法、最小二乘法原理算法、基于信号观测模型的解析法等等。过零点的周期算法，即周期法，是测量信号波形相继过零点间的时间宽度来测量频率。该方法物理概念清楚，计算量小，但频率跟踪速度慢，一个周波只能进行一次测量。

而在上述频率突变随后又缓慢衰减的工况下，传统周期法测量时间长，至少需要一个周波(20ms)，实时性上无法满足要求，而其他如“三点算法”等快速测频方法又由于电压幅值与频率逐步衰减而无法保证其测量精度。目前快切装置的实时测量、逻辑判断、动作出口整个动作时间在10ms以内，因此，传统的测量方法无法满足快速切换的需要。

针对衰减过程中频率测量的实时性与精度，本方案提出了一种适用于电源切换过程中的快速测量频率的方法，在使用一次本方法后，可将周期法测频方法测量时间减小一半，使用两次本方法后，可将周期法测频方法测量时间减小到四分之一，既保证了实时性，又保证了精度，具有判断方法简单、计算量较小、可靠性高、无需其它辅助条件等优势，具有较高的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种频率快速测量方法，用以解决现有周期法测量实时性差的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种频率快速测量方法，步骤如下：

1)实时测量三相电压；

2)对每个采样点的电压采样值进行数学运算处理，得到整数倍频率的虚拟波形；

3)对所述虚拟波形，通过周期法计算过零点，得到虚拟波形的频率；根据所述整数倍数值，计算所测量的频率；

对电压采样值的处理方式包括：求任两相电压采样值的平方差。

以所述任两相电压采样值的平方差为虚拟波形，虚拟波形包括：

其中， 分别为三相采样电压值，k为离散化序号，f为待测量频率。

求得虚拟波形的频率为待测频率f的两倍。

以任两相电压采样值的平方差为中间结果，对该中间结果再求平方，再两两做差，以得到虚拟波形；此时，虚拟波形的频率为待测频率的四倍。

综上所述，通过对电压进行离散化采样后，经过对各个采样点进行数学变化后，可以得到相应倍数的原始波的波形，将该相应倍数的原始波波形称为虚拟波形，通过周期法检测虚拟波形的频率，进而可以获得原始波形的频率。由于虚拟波形的频率高，所需要的测量周期短，所以能够大大提高周期法测量的实时性。

特别的，本发明提出采用平方差的方式活动虚拟波形，其频率两倍于原始波的波形，再经过电压过零周期检测法，测出2倍于原始波的虚拟波形的频率，从而得到原始波频率。这种方法与传统的周期测频法相比较，能够快速测量频率，所需时间是传统周期测频法的一半，如再次做平方差运算，可以测频时间将为传统周期测频法的四分之一。该方案的实现不需增加额外的硬件设备，实现门槛较低，便于推广使用。

附图说明

图1是电源切换过程残压现场实际波形；

图2是虚拟倍频波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

一种频率快速测量方法，首先实时测量电压：

三相电压实时值为；

对模拟量进行离散化采样,得到：

对A、B、C三相电压各个离散采样点进行平方计算：

U_a ²＝Ua(k)²

U_b ²＝Ub(k)²

U_c ²＝Uc(k)²

平方计算后，进行相相减，得到2倍频的虚拟波形：

同理得到

针对每个离散采样点，经过相平方相减后，重新得到2倍频的虚拟通道。

针对虚拟通道波形Uab’、Ubc’、Uca’通过周期法计算频率，得到虚拟倍频波的两个过零点，从而及时虚拟波形的频率F，从而在10ms内计算出原始频率f。

通过上述方法可计算出原始频率，如果针对虚拟波形Uab’、Ubc’、Uca’，再一次进行平方差运算处理，可得到4倍于原始波形的虚拟通道数据，从而在5ms内计算出原始频率。经过多次变换，只要保护装置采样精度允许，理论上可求出衰减电压量每个离散采样值时刻的瞬时频率。表1给出了传统周期法与本方法测量时间比较。

表1

测量方法	测量时间
		传统周期法测量时间	20ms
进行1次本方法变换后测量时间	10ms
		进行2次本方法变换后测量时间	5ms
进行多次本方法变换后测量时间	0.833ms(2个采样点)

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。例如，本发明可以采用其它数学运算形式，直接得到3倍、甚至4倍频率的虚拟波形。然后再进一步求虚拟波形的频率和原始波形的频率。所以本发明的基本方案是：实时测量三相电压，然后对每个采样点的电压采样值进行数学运算处理，得到整数倍频率的虚拟波形；对所述虚拟波形，通过周期法计算过零点，得到虚拟波形的频率；根据所述整数倍数值，计算所测量的频率。

本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种频率快速测量方法，其特征在于，步骤如下：

1)实时测量三相电压；

2)对每个采样点的电压采样值进行数学运算处理，得到整数倍频率的虚拟波形；

3)对所述虚拟波形，通过周期法计算过零点，得到虚拟波形的频率；根据所述整数倍数值，计算所测量的频率。

2.根据权利要求1所述的一种频率快速测量方法，其特征在于，对电压采样值的处理方式包括：求任两相电压采样值的平方差。

3.根据权利要求2所述的一种频率快速测量方法，其特征在于，以所述任两相电压采样值的平方差为虚拟波形，虚拟波形包括：

其中， 分别为三相采样电压值，k为离散化序号，f为待测量频率。

4.根据权利要求3所述的一种频率快速测量方法，其特征在于，求得虚拟波形的频率为待测频率f的两倍。

5.根据权利要求2所述的一种频率快速测量方法，其特征在于，以任两相电压采样值的平方差为中间结果，对该中间结果再求平方，再两两做差，以得到虚拟波形；此时，虚拟波形的频率为待测频率的四倍。