CN105223418B - 次同步和超同步谐波相量的测量方法及测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种次同步和超同步谐波相量的测量方法及测量装置，其中，方法包括以下步骤：采集电气信号，以生成数字信号；对数字信号进行滤波处理，以获取初始次同步谐波和/或超同步谐波；通过DFT或FFT计算进行谐波自适应检测，以获取初始频率；根据初始频率设计滤波器，以提取出各次同步谐波和/或超同步谐波；利用相量校正测量算法进行校正计算，以得到对应谐波的频率、幅值和相位；根据滤波器的增益与相移对相量进行幅值补偿和相位补偿，以获取各次同步谐波和/或超同步谐波的三相相量。本发明实施例的测量方法可以准确测量次同步和超同步谐波的相量，从而能用于电力系统次同步谐振/振荡的广域动态监测、分析、控制及保护。

Description

次同步和超同步谐波相量的测量方法及测量装置

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及一种次同步和超同步谐波相量的测量方法及测量装置。

背景技术

相关技术中，现有的基于同步相量的电力系统动态监测装置和系统，如PMU(phasor measurement unit，相量测量单元)和WAMS(wide-area measurement system，广域测量系统)均不能满足次同步和超同步谐波的监测要求，原因在于：

1)现有PMU以测量基波相量为目标，但是未专门考虑次同步和超同步谐波的影响，而且为提高基波相量的测量精度，通常对其它分数次和整数次谐波要进行滤波，导致不能准确反应次同步和超同步谐波的动态；

2)当信号中除基波分量外还有次同步和超同步谐波时，现有PMU得到的基波相量会出现被次同步和超同步对应的互补频率调制的情况，虽然能够从基波相量中能够观测到次同步和超同步谐波的存在，但由于基波相量算法的特征，以及基波相量上传到监测中心(WAMS主站)的频率有限(在中国通常为50Hz、少数系统为100Hz)，导致次同步和超同步谐波被衰减或混叠，从而得不到准确的信息。

考虑上述情况，特别是新型可再生能源发电(风电、光伏)系统与电网相互作用引发的次同步谐振和振荡现象具有振荡频率随机网方式变化而变化的特性，亟需对次同步和超同步谐波相量进行准确测量。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种次同步和超同步谐波相量的测量方法，该测量方法可以准确测量次同步和超同步谐波的相量，简单便捷。

本发明的另一个目的在于提出一种次同步和超同步谐波相量的测量装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种次同步和超同步谐波相量的测量方法，包括以下步骤：根据预设采样频率采集电力系统中电气信号，以通过模数转换生成数字信号；对所述数字信号进行滤波处理，以获取初始次同步谐波和/或超同步谐波；通过DFT(Discrete Fourier Transform，离散傅里叶变换)或FFTFFT(Fast FourierTransformation，离散傅氏变换的快速算法)计算进行谐波自适应检测，以获取所述初始次同步谐波和/或超同步谐波的初始频率；根据所述初始次同步谐波和/或超同步谐波的初始频率设计滤波器，以通过所述滤波器单独提取各次同步谐波和/或超同步谐波；通过基于DFT或FFT的相量校正测量算法对所述各次同步谐波和/或超同步谐波进行校正计算，以得到所述各次同步谐波和/或超同步谐波的频率、幅值和相位；以及根据滤波器的增益和相移对校正计算得到的各次同步谐波和/或超同步谐波相量进行幅值补偿和相位补偿，以获取所述各次同步谐波和/或超同步谐波的三相相量。

根据本发明实施例提出的次同步和超同步谐波相量的测量方法，首先根据预设采样频率采集电力系统中电气信号，即采用定间隔采样方式，有利于广域范围内多个监测点的数据同步操作；其次通过DFT或FFT计算进行谐波自适应检测，得到初始谐波频率；根据初始谐波频率设计滤波器，单独提取各次谐波信号，并且通过DFT或FFT的相量校正测量算法进行校正，以得到各次同步谐波和/或超同步谐波的频率、幅值和相位，以及之后进行增益和相位补偿操作，实现准确测量次同步和超同步谐波的相量的目的，从而能用于电力系统次同步谐振/振荡的广域动态监测、分析、控制及保护，简单便捷。

另外，根据本发明上述实施例的次同步和超同步谐波相量的测量方法还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，上述方法还包括：对所述数字信号进行滤波处理，以获取基波。

进一步地，在本发明的一个实施例中，上述方法还包括：将所述三相相量转换为正负零序相量；根据基波、所述次同步谐波和/或超同步谐波相量与所述正负零序相量获取所述各次同步谐波和/或超同步谐波的有功功率与无功功率。

进一步地，在本发明的一个实施例中，上述方法还包括：将所述数字信号、所述三相相量、所述各次同步谐波和/或超同步谐波的有功功率与无功功率进行打包与同步时间标记，并且上传至服务器。

优选地，在本发明的一个实施例中，所述电气信号包括母线三相电压、线路和发电机的三相电流、风速与开关状态中的一种或多种。

本发明另一方面实施例提出了一种次同步和超同步谐波相量的测量装置，包括：采集模块，用于根据预设采样频率采集电力系统中电气信号，以通过模数转换生成数字信号；滤波模块，用于对所述数字信号进行滤波处理，以获取初始次同步谐波和/或超同步谐波；检测模块，用于通过DFT或FFT计算进行谐波自适应检测，以获取所述初始次同步谐波和/或超同步谐波的初始频率；获取模块，用于根据所述初始次同步谐波和/或超同步谐波的初 始频率设计滤波器，以通过所述滤波器单独提取各次同步谐波和/或超同步谐波；校正模块，用于通过基于DFT或FFT的相量校正测量算法对所述各次同步谐波和/或超同步谐波进行校正计算，以得到所述各次同步谐波和/或超同步谐波的频率、幅值和相位；以及补偿模块，用于根据滤波器的增益和相移对校正计算得到的各次同步谐波和/或超同步谐波相量进行幅值补偿和相位补偿，以获取所述各次同步谐波和/或超同步谐波的三相相量。

根据本发明实施例提出的次同步和超同步谐波相量的测量方法，首先根据预设采样频率采集电力系统中电气信号，即采用定间隔采样方式，有利于广域范围内多个监测点的数据同步操作；其次通过DFT或FFT计算进行谐波自适应检测，得到初始谐波频率；根据初始谐波频率设计滤波器，单独提取各次谐波信号，并且通过DFT或FFT的相量校正测量算法进行校正，以得到各次同步谐波和/或超同步谐波的频率、幅值和相位，以及之后进行增益和相位补偿操作，实现准确测量次同步和超同步谐波的相量的目的，从而能用于电力系统次同步谐振/振荡的广域动态监测、分析、控制及保护，简单便捷。

另外，根据本发明上述实施例的次同步和超同步谐波相量的测量装置还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述滤波模块还用于对所述数字信号进行滤波处理，以获取基波。

进一步地，在本发明的一个实施例中，上述装置还包括：转换模块，用于将所述三相相量转换为正负零序相量；

功率获取模块，用于根据基波、所述次同步谐波和/或超同步谐波相量与所述正负零序相量获取所述各次同步谐波和/或超同步谐波的有功功率与无功功率。

进一步地，在本发明的一个实施例中，上述装置还包括：上传模块，用于将所述数字信号、所述三相相量、所述各次同步谐波和/或超同步谐波的有功功率与无功功率进行打包与同步时间标记，并且上传至服务器。

优选地，在本发明的一个实施例中，所述电气信号包括母线三相电压、线路和发电机的三相电流、风速与开关状态中的一种或多种。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述部分中给出，也可以通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的次同步和超同步谐波相量的测量方法的流程图；

图2为根据本发明一个具体实施例的次同步和超同步谐波相量的测量方法的流程图；

图3为根据本发明实施例的次同步和超同步谐波相量的测量装置的结构示意图；以及

图4为根据本发明一个具体实施例的次同步和超同步谐波相量的测量装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面在描述根据本发明实施例提出的次同步和超同步谐波的相量检测方法及测量装置之前，先来简单描述一下准确检测电力系统次同步和超同步谐波的重要性。

次同步谐振和振荡是电力系统动态特性的重要方面，它包括以下几种形态：

1)大型汽轮发电机与串补电网相互作用引发的SSR(subsynchronous resonance，次同步谐振)，又细分为TI(torsional interaction，扭振相互作用)、IGE(inductiongenerator effect，感应发电机效应)和TA(torque amplification，暂态扭矩放大)；

2)大型汽轮发电机与高压直流输电控制器或其他高速电力电子控制器相互作用引发的SSO(subsynchronous oscillation，次同步振荡)，也称为SSTI(subsynchronoustorsional interaction，次同步扭振相互作用)；

3)含电力电子控制器的静态发电机(如风电机组、光伏逆变型发电机等)与串补电网相互作用引发的SSCI(subsynchronous control interaction，次同步控制相互作用)；以及

4)含电力电子控制器的静态发电机或动态无功补偿装置与弱交流电网相互作用引发的SSI(subsynchronous interaction，次同步相互作用)。

上述与机组轴系扭振相关的次同步谐振和振荡现象(如TI，SSTI)的重要特征是振荡频率主要决定于轴系固有扭振频率，受电网运行方式的影响很小，表现为频率基本固定的功率振荡；而其它与轴系无关的振荡(如SSCI，SSI)，则其振荡频率受机网运行方式的影响较大，变化范围也较广。所有这些次同步谐振和振荡在电网中主要表现为幅值较大或持续增长(发散)或恒幅的次同步和/或超同步电流、电压和功率谐波，影响电网和设备的正常运行，甚至造成严重的稳定性事故或设备损伤，危害极大。

因此，对上述的次同步和超同步谐波进行动态监测，对于准确把握次同步谐振和振荡的动态过程，避免风险、保护系统乃至进一步实施阻尼控制具有非常重要的作用。

本发明正是基于上述问题，而提出了一种次同步和超同步谐波相量的测量方法与一种次同步和超同步谐波相量的测量装置。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的次同步和超同步谐波相量的测量方法及测量装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的次同步和超同步谐波相量的测量方法。参照图1所示，该测量方法包括以下步骤：

S101，根据预设采样频率采集电力系统中电气信号，以通过模数转换生成数字信号。

优选地，在本发明的一个实施例中，电气信号包括母线三相电压、线路和发电机的三相电流、风速与开关状态中的一种或多种。

具体地，参照图2所示，本发明实施例首先执行信号采集与模数转换步骤，其中，采集的信号包括：

1)母线三相电压；

2)线路和发电机的三相电流；

3)其它可包含相量数据包中的变量和/或参数，譬如所在点风速、开关状态等。

上述信号按照定间隔采样方法进行采集，采样的同步时钟由高精度同步时钟提供，对采集到的模拟信号(电压、电流等)进行模数转换，获得对应的数字量，设信号采样频率即预设采样频率为f_s，该频率应满足采样定理要求，即大于所关注的次(超)同步谐波频率两倍以上。以下的相量测量方法以针对电压和电流信号为例。

S102，对数字信号进行滤波处理，以获取初始次同步谐波和/或超同步谐波。

其中，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的测量方法还包括：对数字信号进行滤波处理，以获取基波。

进一步地，参照图2所示，本发明实施例其次执行信号前置滤波处理步骤。具体地，该步骤的目的是从原始信号中过滤出所关注的次(超)同步谐波(基波)，同时降低噪声的影响，可采用以下四种信号处理方法之一实现：

1)无本步骤，即省略本信号处理环节；

2)带通滤波器，其目的是过滤出次(超)同步频率信号，其实现形式多样；

3)如果无需测量基波相量，则采用带阻滤波器，目的是滤除基波分量(对应50或60Hz)；

4)以上2)和3)的串联组合。

S103，通过DFT或FFT计算进行谐波自适应检测，以获取初始次同步谐波和/或超同步谐波的初始频率。

进一步地，参照图2所示，本发明实施例执行基于DFT/FFT的次(超)同步谐波自适应检测步骤。

具体地，在本发明的实施例中，假设所关注的次(超)同步谐波频率最小和最大值分别为f_min和f_max；设进行DFT或FFT的数据窗长为N_s，其典型取值为N_s＝Roundup(f_s)，其中Roundup()为向上取整函数；N_min＝Rounddown(N_sf_min/f_s)-N_Δ，其中Rounddown()为向下取整函数；N_max＝Roundup(N_sf_max/f_s)+1+N_Δ；其中N_Δ可取1以上的整数，但应保证N_min和N_max介于1～N_s/2之间。

对于依次得到的数据采样点进行以下信号处理操作：

S1，设当前信号的当前采样点为x_k，当k<N_s时，等待下一个采样点；否则对当前新的数据窗进行DFT或FFT计算，只需得到其中介于N_min和N_max之间的变换结果即可，设为

S2，根据的模值(绝对值)，即的大小来检测次(超)同步谐波和基波(如果基波也是需要关注的，且在此前没有被滤除)，原理是：得出一组整数集合{n_i|N_min<n_i<N_max}，其对应的DFT/FFT变换结果集中的相量满足下列条件：

a)或归一化值或相对于基波分量的值大于某预先设定的门槛值，目的是排除噪声的干扰；

b)相对于临近的其它相量而言是一个峰值点，即在频谱曲线中，是一个极大值。

S3，设检测出n个次(超)同步谐波(和基波)，即集合{n_i}内元素的个数为n， 则对应的次(超)同步谐波(和基波)的初始频率(相对于后续经校正后的精确频率而言)为：

然后针对每一个检测出来的次(超)同步谐波和/或基波，执行下述步骤以得到其精确的相量。

S104，根据初始次同步谐波和/或超同步谐波的初始频率设计滤波器，以通过滤波器单独提取各次同步谐波和/或超同步谐波。

进一步地，参照图2所示，本发明实施例执行次(超)同步谐波的模式滤波步骤。

具体地，该步骤的目的是根据前一步骤获得的初始频率f_i0，设计滤波器，进而从输入信号中过滤出所关注的特定次(超)同步谐波(或基波)，降低其他谐波或基波信号的干扰，可采用以下四种信号处理方法之一实现：

1)无本步骤，即省略本信号处理环节；

2)带通滤波器，目的是过滤出特定次(超)同步频率信号，其实现形式多样，且根据f_i0在线修正主要的滤波器参数，如中心频率；

3)如果无需测量基波相量，则采用带阻滤波器，目的是滤除基波分量(对应50或60Hz)；

4)以上2)和3)的串联组合。

S105，通过基于DFT或FFT的相量校正测量算法对各次同步谐波和/或超同步谐波进行校正计算，以得到各次同步谐波和/或超同步谐波的频率、幅值和相位。

进一步地，参照图2所示，本发明实施例执行次(超)同步谐波相量的高精度校正步骤。

具体地，对于前一步骤得到的各个次(超)同步谐波，实施以下基于DFT或FFT的相量校正测量算法：

设当前信号的当前采样点为x_k，设相量校正算法的数据窗间隔为m_i；

1)计算数据窗长N_i＝Round(f_s/f_i0)，函数Round()表示求近似值；如果k<N_i，则等待下一个采样点；否则，取共N_i个数据构成一个数据窗，对其进行常规DFT或循环DFT或FFT计算，得到对应次(超)同步谐波的初始相量，设为

2)如果k<N_i+2m_i，则等待下一个采样点；否则，采用三个初始相量来进行校正计算，计算公式如下：

其中，Angle()函数表示求取其内含复数的相角。

从而得到次(超)同步相量(包括幅值和相位)及其频率的精确值，分别为和f_i。

S106，根据滤波器的增益和相移对校正计算得到的各次同步谐波和/或超同步谐波的相量进行幅值补偿和相位补偿，以获取各次同步谐波和/或超同步谐波的三相相量。其中，步骤S106是考虑到滤波处理会带来增益和相位偏移作出的。

进一步地，参照图2所示，本发明实施例执行幅值、相位补偿步骤。

也就是说，为了使得经过不同信号通道或不同测量装置的相量具有可比性并实现严格的同步，需要对前一步骤得到的相量逐一进行幅值、相位补偿，包括以下子步骤：

a)计算该相量此前所有滤波环节在频率f_i上的幅频和相频响应，设为α_i和

b)更新相量，即将的幅值除以α_i，相位减去得到新的次(超)同步谐波或基波相量。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的测量方法还包括：将三相相量转换为正负零序相量；根据基波、次同步谐波和/或超同步谐波相量与正负零序相量获取各次同步谐波和/或超同步谐波的有功功率与无功功率。

具体地，相量数据集成处理步骤包括以下信号计算方法之一或其组合：

首先，从abc三相相量转换为正负零序相量：

将以上步骤得到的各相、各次次(超)同步(和基波)电压、电流相量转换为正负零序相量，计算方法为：

其中，下标P，N，0表示正序、负序和零序相量，下标A，B，C相量表示三相，下标i表示各次次(超)同步谐波(和基波)，相量X可为各次次(超)电压或电流 相量，α＝e^j2π/3为转换系数。

其次，计算各次(超)同步谐(和基波)的功率，例如包括两种计算方法：

方法一：用三相的电压、电流相量计算。

首先计算各次次(超)同步(和基波)的有功和无功功率，公式为：

其中，p_i,p_ik为各次次(超)同步(和基波)三相总的和各相的有功功率，q_i,q_ik为总的和各相无功功率，U_ik,I_ik为各相电压和电流相量，Re{}和Im{}表示对复数求其实部和虚部，上标*表示相量(复数)的共轭。

然后计算总的有功功率，为各次(超)同步谐波和基波的有功功率之和，即

p＝Σp_i

无功功率不能简单加和，但可以计算基波与次(超)同步谐波之间产生的互补频率无功功率峰值，公式为：

其中，q_Ci表示在基波功率中可以观测到的与次(超)同步谐波频率呈互补关系的次同步频率波动分量的峰值，U_1k表示基波电压有效值。

方法二：用正负零相量计算正序功率；

首先计算各次次(超)同步(和基波)的正序有功和无功功率，公式为：

p_Pi＝3Re{U_PiI_Pi ^*}；

q_Pi＝3Im{U_PiI_Pi ^*}；

其中，p_Pi,q_Pi为各次次(超)同步(和基波)的正序有功和无功功率，U_Pi,I_Pi为各相电压和电流相量正序分量，Re{}和Im{}表示对复数求其实部和虚部，上标*表示相量(复数)的共轭。

然后计算总的正序有功功率，为各次(超)同步谐波和基波的正序有功功率之和，即

p_P＝Σp_Pi

无功功率不能简单加和，但可以计算基波与次(超)同步谐波之间产生的互补频率正序无功功率峰值，公式为：

q_PCi＝q_Pi＝3|U_P1||I_Pi|，

其中，q_PCi表示在基波正序功率中可以观测到的与次(超)同步谐波频率呈互补关系的次同步频率波动分量的峰值，U_P1表示基波正序电压有效值。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的测量方法还包括：将数字信号、三相相量、各次同步谐波和/或超同步谐波的有功功率与无功功率进行打包与同步时间标记，并且上传至服务器。

具体地，参照图2所示，本发明执行相量数据的打包、时间标记与上传步骤。

也就是说，为了实现不同装置之间相量数据的同步和交换，需要对前述步骤得到的测量结果，包括相量以及其它的数字量(如开关变位信号)，进行打包、同步时间标记，并通过通信网络上传到数据中心或数据集中器。其中，本发明实施例可以采用GPS(globalpositioning system，全球定位系统)、中国北斗卫星导航系统和/或其它高精度授时装置(如原子钟)提供的高精度时钟(秒脉冲)对相量数据进行标记。

本发明实施例针对电力系统发生次同步谐波或振荡时，电压、电流信号中包含了工频、次同步和超同步谐波分量，且其频率可能时变的情况，其可以包括以下多个环节：信号采集与模数转换，信号前置滤波处理，基于DFT/FFT的次(超)同步谐波自适应检测，次(超)同步谐波的模式滤波，次(超)同步谐波相量的高精度校正，幅值、相位补偿，相量数据集成处理，相量数据的打包、时间标记与上传。本发明实施例能够自动适应信号内各分量频率时变的情况，高精度、快速检测出所有次(超)同步谐波和基波的同步相量，从而能用于电力系统次同步谐振/振荡的广域动态监测、分析、控制与保护。

具体而言，本发明实施例具有以下有益效果：

1、不但能高精度、快速检测出所有的次同步和超同步谐波相量，还适用于检测基波和整数倍谐波相量，其应用范围远远超出现有的仅限于基波的相量测量方法与装置。

2、自适应能力强，能自动定位次同步和超同步谐波的频率，进而通过进一步的高精度相量校正算法，精确辨识其频率；特别适用于次同步谐振和振荡频率随着机网方式变化而改变的情况。

3、适用于多模式次同步谐振和振荡的情况，能同时监测多个振荡模式的动态过程。

4、同时计算出次同步谐振和振荡的有功与无功功率，为进一步的监测与控制功能提供了基础数据和反馈量。

5、测量方法采用定间隔采样方式，有利于广域范围内多个监测点的数据同步操作。

根据本发明实施例提出的次同步和超同步谐波相量的测量方法，首先根据预设采样频率采集电力系统中电气信号，即采用定间隔采样方式，有利于广域范围内多个监测点的数据同步操作，其次通过DFT或FFT计算进行谐波自适应检测，并且通过基于DFT或FFT的相量校正测量算法进行校正，以得到各次同步谐波和/或超同步谐波的频率、幅值和相位，以及之后进行补偿操作，实现准确测量次同步和超同步谐波的相量 的目的，从而能用于电力系统次同步谐振/振荡的广域动态监测、分析、控制及保护，不但能高精度、高效率地检测出次同步和超同步谐波相量，还适用于检测基波与整数倍谐波相量，应用范围广，并且自适应能力强，适用于多模式次同步谐振和振荡的情况，从而能同时监测多个振荡模式的动态过程。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的次同步和超同步谐波相量的测量装置。参照图3所示，该测量装置10包括：采集模块100、滤波模块200、检测模块300、获取模块400、校正模块500与补偿模块600。

其中，采集模块100用于根据预设采样频率采集电力系统中电气信号，以通过模数转换生成数字信号。滤波模块200用于对数字信号进行滤波处理，以获取初始次同步谐波和/或超同步谐波。检测模块300用于通过DFT或FFT计算进行谐波自适应检测，以获取初始次同步谐波和/或超同步谐波的初始频率。获取模块400用于根据初始次同步谐波和/或超同步谐波的初始频率设计滤波器，以通过滤波器单独提取各次同步谐波和/或超同步谐波。校正模块500用于通过基于DFT或FFT的相量校正测量算法对各次同步谐波和/或超同步谐波进行校正计算，以得到各次同步谐波和/或超同步谐波的频率、幅值和相位。补偿模块600用于根据滤波器的增益和相移对校正计算得到的各次同步谐波和/或超同步谐波相量进行幅值补偿和相位补偿，以获取各次同步谐波和/或超同步谐波的三相相量。本发明实施例的测量装置10可以准确测量次同步和超同步谐波的相量，从而能用于电力系统次同步谐振/振荡的广域动态监测、分析、控制及保护。

优选地，在本发明的一个实施例中，电气信号包括母线三相电压、线路和发电机的三相电流、风速与开关状态中的一种或多种。

进一步地，在本发明的一个实施例中，滤波模块200还用于对数字信号进行滤波处理，以获取基波。

进一步地，在本发明的一个实施例中，参照图4所示，本发明实施例的测量装置10还包括：转换模块700和功率获取模块800。

其中，转换模块700用于将三相相量转换为正负零序相量。功率获取模块800用于根据基波、次同步谐波和/或超同步谐波相量与正负零序相量获取各次同步谐波和/或超同步谐波的有功功率与无功功率。

进一步地，在本发明的一个实施例中，参照图4所示，本发明实施例的测量装置10还包括：上传模块900。上传模块900用于将数字信号、三相相量、各次同步谐波和/或超同步谐波的有功功率与无功功率进行打包与同步时间标记，并且上传至服务器。

需要说明的是，本发明实施例的装置的具体实现方式与方法部分的具体实现方式类似，为了减少冗余，此处不做赘述。

根据本发明实施例提出的次同步和超同步谐波相量的测量装置，首先根据预设采样频率采集电力系统中电气信号，即采用定间隔采样方式，有利于广域范围内多个监测点的数据同步操作，其次通过DFT或FFT计算进行谐波自适应检测，并且通过基于DFT或FFT的相量校正测量算法进行校正，以得到各次同步谐波和/或超同步谐波的频率、幅值和相位，以及之后进行补偿操作，实现准确测量同步和超同步谐波的相量的目的，从而能用于电力系统次同步谐振/振荡的广域动态监测、分析、控制及保护，不但能高精度、高效率地检测出次同步和超同步谐波相量，还适用于检测基波与整数倍谐波相量，应用范围广，并且自适应能力强，适用于多模式次同步谐振和振荡的情况，从而能同时监测多个振荡模式的动态过程。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种次同步和超同步谐波相量的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据预设采样频率采集电力系统中电气信号，以通过模数转换生成数字信号；

对所述数字信号进行滤波处理，以获取初始次同步谐波和/或超同步谐波；

通过DFT或FFT计算进行谐波自适应检测，以获取所述初始次同步谐波和/或超同步谐波的初始频率，具体包括：

次和/或超同步谐波频率最小和最大值分别为f_min和f_max，DFT或FFT的数据窗长为N_s，N_s＝Roundup(f_s)，其中Roundup()为向上取整函数，其中Rounddown()为向下取整函数，其中，N_Δ取1以上的整数的同时N_min和N_max介于1～N_s/2之间，f_s为预设采样频率；

当前信号的当前采样点为x_k，当k<N_s时，等待下一个采样点；否则对当前新的数据窗进行DFT或FFT计算，并得到介于N_min和N_max之间的变换结果

根据的模值检测次同步谐波和基波或超同步谐波；

根据检测的n个次同步谐波和基波或超同步谐波得到所述初始次同步谐波和/或超同步谐波的初始频率；

根据所述初始次同步谐波和/或超同步谐波的初始频率设计滤波器，以通过所述滤波器单独提取各次同步谐波和/或超同步谐波；

通过基于DFT或FFT的相量校正测量算法对所述各次同步谐波和/或超同步谐波进行校正计算，以得到所述各次同步谐波和/或超同步谐波的频率、幅值和相位，其中，所述DFT或FFT的相量校正测量算法具体包括：

当前信号的当前采样点为x_k，相量校正算法的数据窗间隔为m_i，计算数据窗长N_i＝Round(f_s/f_i0)，函数Round()表示求近似值，其中，f_i0为所述次同步谐波和/或超同步谐波的初始频率；如果k<N_i，则等待下一个采样点；否则，取共N_i个数据构成一个数据窗，对其进行常规DFT或循环DFT或FFT计算，得到对应次和/或超同步谐波的初始相量为

如果k<N_i+2m_i，则等待下一个采样点；否则，采用三个初始相量来进行校正计算得到所述频率、幅值和相位；以及

根据滤波器的增益和相移对校正计算得到的各次同步谐波和/或超同步谐波相量进行幅值补偿和相位补偿，以获取所述各次同步谐波和/或超同步谐波的三相相量。

2.根据权利要求1所述的次同步和超同步谐波相量的测量方法，其特征在于，还包括：对所述数字信号进行滤波处理，以获取基波。

3.根据权利要求2所述的次同步和超同步谐波相量的测量方法，其特征在于，还包括：

将所述三相相量转换为正负零序相量；

根据基波、所述次同步谐波和/或超同步谐波相量与所述正负零序相量获取所述各次同步谐波和/或超同步谐波的有功功率与无功功率。

4.根据权利要求3所述的次同步和超同步谐波相量的测量方法，其特征在于，还包括：

将所述数字信号、所述三相相量、所述各次同步谐波和/或超同步谐波的有功功率与无功功率进行打包与同步时间标记，并且上传至服务器。

5.根据权利要求1所述的次同步和超同步谐波相量的测量方法，其特征在于，

所述电气信号包括母线三相电压、线路和发电机的三相电流、风速与开关状态中的一种或多种。

6.一种次同步和超同步谐波相量的测量装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于根据预设采样频率采集电力系统中电气信号，以通过模数转换生成数字信号；

滤波模块，用于对所述数字信号进行滤波处理，以获取初始次同步谐波和/或超同步谐波；

检测模块，用于通过DFT或FFT计算进行谐波自适应检测，以获取所述初始次同步谐波和/或超同步谐波的初始频率，具体包括：

次和/或超同步谐波频率最小和最大值分别为f_min和f_max，DFT或FFT的数据窗长为N_s，N_s＝Roundup(f_s)，其中Roundup()为向上取整函数，其中Rounddown()为向下取整函数，其中，N_Δ取1以上的整数的同时N_min和N_max介于1～N_s/2之间，f_s为预设采样频率；

当前信号的当前采样点为x_k，当k<N_s时，等待下一个采样点；否则对当前新的数据窗进行DFT或FFT计算，并得到介于N_min和N_max之间的变换结果

根据的模值检测次同步谐波和基波或超同步谐波；

根据检测的n个次同步谐波和基波或超同步谐波得到所述初始次同步谐波和/或超同步谐波的初始频率；

获取模块，用于根据所述初始次同步谐波和/或超同步谐波的初始频率设计滤波器，以通过所述滤波器单独提取各次同步谐波和/或超同步谐波；

校正模块，用于通过基于DFT或FFT的相量校正测量算法对所述各次同步谐波和/或超同步谐波进行校正计算，以得到所述各次同步谐波和/或超同步谐波的频率、幅值和相位，其中，所述DFT或FFT的相量校正测量算法具体包括：

当前信号的当前采样点为x_k，相量校正算法的数据窗间隔为m_i，计算数据窗长N_i＝Round(f_s/f_i0)，函数Round()表示求近似值，其中，f_i0为所述次同步谐波和/或超同步谐波的初始频率；如果k<N_i，则等待下一个采样点；否则，取共N_i个数据构成一个数据窗，对其进行常规DFT或循环DFT或FFT计算，得到对应次和/或超同步谐波的初始相量为

如果k<N_i+2m_i，则等待下一个采样点；否则，采用三个初始相量来进行校正计算得到所述频率、幅值和相位；以及

补偿模块，用于根据滤波器的增益和相移对校正计算得到的各次同步谐波和/或超同步谐波相量进行幅值补偿和相位补偿，以获取所述各次同步谐波和/或超同步谐波的三相相量。

7.根据权利要求6所述的次同步和超同步谐波相量的测量装置，其特征在于，所述滤波模块还用于对所述数字信号进行滤波处理，以获取基波。

8.根据权利要求7所述的次同步和超同步谐波相量的测量装置，其特征在于，还包括：

转换模块，用于将所述三相相量转换为正负零序相量；

功率获取模块，用于根据基波、所述次同步谐波和/或超同步谐波相量与所述正负零序相量获取所述各次同步谐波和/或超同步谐波的有功功率与无功功率。

9.根据权利要求8所述的次同步和超同步谐波相量的测量装置，其特征在于，还包括：

上传模块，用于将所述数字信号、所述三相相量、所述各次同步谐波和/或超同步谐波的有功功率与无功功率进行打包与同步时间标记，并且上传至服务器。

10.根据权利要求6所述的次同步和超同步谐波相量的测量装置，其特征在于，所述电气信号包括母线三相电压、线路和发电机的三相电流、风速与开关状态中的一种或多种。