CN104360155A - 基于短数据窗的变电站母线电压相位角瞬时值测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于短数据窗的变电站母线电压相位角瞬时值测量方法。本发明方法首先测量变电站母线电压各采样时刻的电压瞬时值，计算各采样时刻的变电站母线电压的平稳系数，计算各采样时刻的变电站母线电压的滑动系数，计算各采样时刻的变电站母线电压频率瞬时值，计算各采样时刻的变电站母线电压幅值的瞬时值，然后计算各采样时刻的变电站母线电压相位角瞬时值。本发明方法的测量精度不受非周期性噪声信号影响，数据窗短，运算量小，算法运算速度快，能实时准确测量各采样时刻的变电站母线电压相位角瞬时值，为复杂大电网调峰调频和电网潮流调度提供科学依据。

Description

基于短数据窗的变电站母线电压相位角瞬时值测量方法

技术领域

本发明涉及电力系统安全稳定控制技术领域，具体地说是涉及一种基于短数据窗的变电站母线电压相位角瞬时值测量方法。 

背景技术

实现电网各变电站母线电压相位角精确测量，可为电网调峰调频和电网潮流调度提供科学依据。目前电力行业主要利用傅里叶算法计算变电站母线电压相位角，该方法前提假设变电站母线电压相位角在一个20ms周期内保持稳定不变，利用一个周期数据量提取变电站母线电压的实部和虚部，再利用变电站母线电压的实部和虚部计算变电站母线电压相位角。由于傅里叶算法自身局限性，所需数据窗为一个周波，所需数据窗长，运算量大，运算速度慢，测量结果也只能反应一个周波电压相位角，无法实时测量各采样时刻的变电站母线电压相位角。由于傅里叶算法无法滤除非周期性噪声信号影响，使得测量精度受非周期性噪声信号影响严重，无法满足复杂大电网调峰调频和电网潮流调度的需要。 

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于短数据窗的变电站母线电压相位角瞬时值测量方法，该方法的测量精度不受非周期性噪声信号影响，数据窗短，运算量小，算法运算速度快，能实时准确测量各采样时刻的变电站母线电压相位角瞬时值。 

为完成上述目的，本发明采用如下技术方案： 

基于短数据窗的变电站母线电压相位角瞬时值测量方法，其特征在于，包括如下依序步骤： 

(1)测量变电站母线电压各采样时刻的电压瞬时值； 

(2)计算t采样时刻的变电站母线电压的平稳系数其中，u(t)为t采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t-kΔt)为t-kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t+kΔt)为t+kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；Δt为采样间隔时间，通常Δt取0.2ms；k为数据窗长度且为正整数，通常k取10； 

(3)计算t采样时刻的变电站母线电压的滑动系数其中，u(t)为t采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t-kΔt)为t-kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t+kΔt)为t+kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；Δt为采样间隔时间，通常Δt取0.2ms；k为数据窗长度且为正整数，通常k取10； 

(4)计算t采样时刻的变电站母线电压的频率f： 

$f=\frac{1}{2\mathrm{\πk\Δt}}{\cos }^{-1}\left(\frac{\frac{u(t+\mathrm{k\Δt})}{\sqrt{{\left[u(t+\mathrm{k\Δt})\right]}^2-{\left[u\left(t\right)u(t+2\mathrm{k\Δt})\right]}^2}}+\frac{u(t-\mathrm{k\Δt})}{\sqrt{{\left[u(t-\mathrm{k\Δt})\right]}^2-{\left[u\left(t\right)u(t-2\mathrm{k\Δt})\right]}^2}}}{\frac{2u\left(t\right)}{\sqrt{{\left[u\left(t\right)\right]}^2-{\left[u(t+\mathrm{k\Δt})u(t-\mathrm{k\Δt})\right]}^2}}}\right)$

其中，u(t)为t采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t-kΔt)为t-kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t+kΔt)为t+kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；Δt为采样间隔时间，通常Δt取0.2ms；k为数据窗长度且为正整数，通常k取10；u(t-2kΔt)为t-2kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t+2kΔt)为t+2kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；π＝3.1415926；cos^-1(·)为反余弦函数； 

(5)计算t采样时刻的变电站母线电压幅值瞬时值其中，cos²(·)为余弦函数值的平方； 

(6)计算t采样时刻的变电站母线电压相位角瞬时值

本发明与现有技术相比较，具有以下积极成果： 

本发明方法的测量精度不受非周期性噪声信号影响，数据窗短，运算量小，算法运算速度快，能实时准确测量各采样时刻的变电站母线电压相位角瞬时值，为复杂大电网调峰调频和电网潮流调度提供科学依据。 

附图说明

图1为应用本发明的双端输电系统示意图。 

具体实施方式

下面根据说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细表述。 

图1为应用本发明的双端输电系统示意图。图1中PT为变电站母线电压互感器。电压相位角瞬时值测量装置实时测量变电站母线电压各采样时刻的电压瞬时值。 

电压相位角瞬时值测量装置计算t采样时刻的变电站母线电压的平稳系数 

$\sqrt{{\left[u\left(t\right)\right]}^2-{\left[u(t-\mathrm{k\Δt})u(t+\mathrm{k\Δt})\right]}^2}$

其中，u(t)为t采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t-kΔt)为t-kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t+kΔt)为t+kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；Δt为采样间隔时间，通常Δt取0.2ms；k为数据窗长度且为正整数，通常k取10。 

电压相位角瞬时值测量装置计算t采样时刻的变电站母线电压的滑动系数 

$\frac{u\left(t\right)}{\sqrt{{\left[u\left(t\right)\right]}^2-{\left[u(t-\mathrm{k\Δt})u(t+\mathrm{k\Δt})\right]}^2}}$

其中，u(t)为t采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t-kΔt)为t-kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t+kΔt)为t+kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；Δt为采样间隔时间，通常Δt取0.2ms；k为数据窗长度且为正整数，通常k取10。 

电压相位角瞬时值测量装置计算t采样时刻的变电站母线电压的频率f： 

$f=\frac{1}{2\mathrm{\πk\Δt}}{\cos }^{-1}\left(\frac{\frac{u(t+\mathrm{k\Δt})}{\sqrt{{\left[u(t+\mathrm{k\Δt})\right]}^2-{\left[u\left(t\right)u(t+2\mathrm{k\Δt})\right]}^2}}+\frac{u(t-\mathrm{k\Δt})}{\sqrt{{\left[u(t-\mathrm{k\Δt})\right]}^2-{\left[u\left(t\right)u(t-2\mathrm{k\Δt})\right]}^2}}}{\frac{2u\left(t\right)}{\sqrt{{\left[u\left(t\right)\right]}^2-{\left[u(t+\mathrm{k\Δt})u(t-\mathrm{k\Δt})\right]}^2}}}\right)$

其中，u(t)为t采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t-kΔt)为t-kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t+kΔt)为t+kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；Δt为采样间隔时间，通常Δt取0.2ms；k为数据窗长度且为正整数，通常k取10；u(t-2kΔt)为t-2kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t+2kΔt)为t+2kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；π＝3.1415926；cos^-1(·)为反余弦函数；t为采样时刻。 

电压相位角瞬时值测量装置计算t采样时刻的变电站母线电压幅值的瞬时值 

$U=\frac{\sqrt{{\left[u\left(t\right)\right]}^2-{\left[u(t+\mathrm{k\Δt})u(t-\mathrm{k\Δt})\right]}^2}}{\sqrt{1-{\cos }^2\left(2\mathrm{\πfk\Δt}\right)}}$

其中，cos²(·)为余弦函数值的平方。 

电压相位角瞬时值测量装置计算t采样时刻的变电站母线电压相位角瞬时值

电压相位角瞬时值测量装置输出t采样时刻的变电站母线电压相位角瞬时值计算结果。 

本发明方法的测量精度不受非周期性噪声信号影响，数据窗短，运算量小，算法运算速度快，能实时准确测量各采样时刻的变电站母线电压相位角瞬时值，为复杂大电网调峰调频和电网潮流调度提供科学依据。 

以上所述仅为本发明的较佳具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 

Claims (1)

1.基于短数据窗的变电站母线电压相位角瞬时值测量方法，其特征在于，包括如下依序步骤：

(1)测量变电站变电站母线电压各采样时刻的电压瞬时值，

(2)计算t采样时刻的变电站母线电压的平稳系数其中，u(t)为t采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t-kΔt)为t-kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t+kΔt)为t+kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；Δt为采样间隔时间，通常Δt取0.2ms；k为数据窗长度且为正整数，通常k取10。

(3)计算t采样时刻的变电站母线电压的滑动系数其中，u(t)为t采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t-kΔt)为t-kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t+kΔt)为t+kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；Δt为采样间隔时间，通常Δt取0.2ms；k为数据窗长度且为正整数，通常k取10；

(4)计算t采样时刻的变电站母线电压的频率f：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\πk\Δt}}{\cos }^{-1}\left(\frac{\frac{u(t+\mathrm{k\Δt})}{\sqrt{{[u(t+\mathrm{k\Δt})}^2-{\left[u\left(t\right)u(t+2\mathrm{k\Δt})\right]}^2}}+\frac{u(t-\mathrm{k\Δt})}{\sqrt{u{\left[(t-\mathrm{k\Δt})\right]}^2-{\left[u\left(t\right)u(t-2\mathrm{k\Δt})\right]}^2}}}{\frac{2u\left(t\right)}{\sqrt{{\left[u\left(t\right)\right]}^2-{\left[u(t+\mathrm{k\Δt})u(t-\mathrm{k\Δt})\right]}^2}}}\right)$

其中，u(t)为t采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t-kΔt)为t-kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t+kΔt)为t+kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；Δt为采样间隔时间，通常Δt取0.2ms；k为数据窗长度且为正整数，通常k取10；u(t-2kΔt)为t-2kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；u(t+2kΔt)为t+2kΔt采样时刻的变电站母线电压采样值；π＝3.1415926；cos^-1(·)为反余弦函数；

(5)计算t采样时刻的变电站母线电压幅值瞬时值其中，cos²(·)为余弦函数值的平方；

(6)计算t采样时刻的变电站母线电压相位角瞬时值