CN106841774B - 一种基于双层迭代的电力系统频率获取方法及系统 - Google Patents

一种基于双层迭代的电力系统频率获取方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于双层迭代的电力系统频率获取方法及系统，用以在非稳定状态下测量电力传输系统的信号频率。内层迭代初始频率的数值由改进的指数采样方法给定；事实上两个相连采样周期所确定的两个频率是密切相关的，因此外层迭代算法也可以被引入到迭代中来，从而构成了双层迭代运算的算法。在不同的场景中，能够在不稳定状态下跟踪频率值得变化，如频率随机突发改变、信号被其他信号调制，以及信号中包含衰减的直流偏执。

Description

一种基于双层迭代的电力系统频率获取方法及系统
技术领域
本发明涉及电力领域，尤其涉及一种基于双层迭代的电力系统频率获取方法及系统。
背景技术
频率是电力系统的安全、稳定运行的一个至关重要的参数，能够反映整个系统的电能质量和安全情况。过高或过低的频率都会对电力系统带来危害。
当电力系统存在不平衡、不稳定功率输出时，频率就会发生改变，现代电力系统负荷扰动越来越大，输电线路上的负载率也越来越大，对电力系统频率的稳定性保证造成极大困难，而电力系统频率质量的降低可能造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。
电力系统普遍存在多种不稳定状态，比如系统信号为非标称的电压或电流信号、含有谐波，信号阶跃变化，信号被其他正弦或余弦信号调制，信号包含衰减的直流偏执电流分量，以及包含有加性高斯白噪声干扰等诸多情况都会造成电力系统的不稳定，从而影响频率。对于电力系统频率的准确预估、跟踪能力，是电力系统的频率测量系统考虑的关键问题，也是避免因频率质量降低而导致可能的电力系统故障和损失的技术基础。
智能电网的保护和控制需要准确和及时的频率测量结果，系统中信号频率的测量提供了电力网络的状态信息。电力系统中信号很容易受到谐波分量、谐波间分量、衰减的直流偏执的影响，也会受到其他信号的调制。因此，频率的估计与测量算法应当能够在噪声污染、信号扭曲的分布式环境中保证准确的频率跟踪能力。
在过去的几十年中，研究者致力于电力系统的频率估计和分析当中，提出了不同的频率估计算法，如过零检测算法、最小均方误差算法、牛顿算法、卡尔曼滤波算法、Prony算法、人工神经网络算法、离散傅里叶变换/快速傅里叶变换算法和调制技术等。离散傅里叶变换算法由于其能够分析谐波分量和回归运算的特性，得到广泛的采用，它具有可用性、易读性和实现的简易性等方面的优势，因此能够在数字信号处理芯片方便的实现。
傅里叶变换算法算法基于抽样窗口，要求在每个窗口中样本的数量为整数；而由于非标称分量的影响，非整数采样(一个周期中)属于常态，此时简单DFT算法会产生误差[。稳定状态下DFT算法能够连续逼近真实频率、抑制谐波和平滑噪声]。但是，系统的基础频率会改变，信号会包含很多非标称分量，特别是衰减的直流偏执，采用DFT算法很难消除。
发明内容
为此，本发明提供了一种基于双层迭代的电力系统频率获取方法及系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于双层迭代的电力系统频率获取方法，包括以下步骤：
S1、根据第一预设方法获取外层迭代频率；
S2、将所述外层迭代频率作为内层初始迭代频率；
S3、根据第二预设方法和内层初始迭代频率进行内层迭代以获取第一内层迭代结果；
S4、将所述第一内层迭代结果设置为外层迭代频率，并将所述外层迭代频率作为内层初始迭代频率；
S5、根据第二预设方法和内层初始迭代频率进行内层迭代以获取第二内层迭代结果；
S6、判断第二内层迭代结果与第一内层迭代结果之间的差值是否小于预设第一阈值；
S7、若是，则将第二内层迭代结果作为获取到的频率；
S8、若否，则将所述第二内层迭代结果设置为外层迭代频率，返回执行步骤S2。
优选的，所述第一预设方法包括：
按照指数分布的时间点进行采样，采样时间点tp＝2p-Q-1(s)，p为自然数；相应地，得到采样值
得到外层迭代频率其中，p0为截止标识；当s(tp)>0时，bp＝0；当s(tp)<0时，bp＝1；其中，
优选的，p0和Q的值均根据非标称频率设定。
优选的，第二预设方法为基于抽样窗口的傅里叶算法或者可变窗口长度的傅里叶算法。
优选的，若所述第二预设方法为基于抽样窗口的傅里叶算法，则所述第二预设方法包括：
设定采样频率为标称频率的整数倍，并得到采样窗口长度；
由傅里叶算法得到基于第一采样窗口的测量频率和基于第二采样窗口的测量频率；
判断基于第一采样窗口的测量频率和基于第二采样窗口的测量频率的差值是否小于预设第二阈值；
若是，则将基于第二采样窗口的测量频率作为内层迭代结果。
优选的，所述内层迭代结果为第一内层迭代结果或第二内层迭代结果。
一种基于双层迭代的电力系统频率获取系统，包括：
外层迭代频率初始获取模块，用于根据第一预设方法获取外层迭代频率；
内层初始迭代频率获取模块，用于将所述外层迭代频率作为内层初始迭代频率；
第一内层迭代结果获取模块，用于根据第二预设方法和内层初始迭代频率进行内层迭代以获取第一内层迭代结果；
内层初始迭代频率第一获取模块，用于将所述第一内层迭代结果设置为外层迭代频率，并将所述外层迭代频率作为内层初始迭代频率；
第二内层迭代结果获取模块，用于根据第二预设方法和内层初始迭代频率进行内层迭代以获取第二内层迭代结果；
第一判断模块，用于判断第二内层迭代结果与第一内层迭代结果之间的差值是否小于预设第一阈值；
频率得到模块，用于将第二内层迭代结果作为获取到的频率。
优选的，所述外层迭代频率初始获取模块包括：
第一采样单元，用于按照指数分布的时间点进行采样，采样时间点tp＝2p-Q-1(s)，p为自然数；相应地，得到采样值
第一计算单元，用于得到外层迭代频率其中，p0为截止标识；当s(tp)>0时，bp＝0；当s(tp)<0时，bp＝1；其中，
优选的，还包括：
设定单元，用于根据非标称频率设定p0和Q的值。
优选的，还包括：
内层迭代结果获取模块，用于接受第一内层迭代结果获取模块和第二内层迭代结果获取模块的调用进行内层迭代；所述内层迭代结果获取模块包括第一算法单元或第二算法单元；
所述第一算法单元用于基于抽样窗口的傅里叶算法进行内层迭代；
所述第二算法单元用于基于可变窗口长度的傅里叶算法进行内层迭代。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种基于双层迭代的电力系统频率获取方法及系统，用以在非稳定状态下测量电力传输系统的信号频率。内层迭代初始频率的数值由改进的指数采样方法给定；事实上两个相连采样周期所确定的两个频率是密切相关的，因此外层迭代算法也可以被引入到迭代中来，从而构成了双层迭代运算的算法。在不同的场景中，能够在不稳定状态下跟踪频率值得变化，如频率随机突发改变、信号被其他信号调制，以及信号中包含衰减的直流偏执。
附图说明
图1是一种基于双层迭代的电力系统频率获取方法的流程图；
图2是第一预设方法流程图；
图3是第二预设方法流程图；
图4是一种基于双层迭代的电力系统频率获取装置的框图；
图5是外层迭代频率初始获取模块框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
实施例1：
一种基于双层迭代的电力系统频率获取方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、根据第一预设方法获取外层迭代频率；
S2、将所述外层迭代频率作为内层初始迭代频率；
S3、根据第二预设方法和内层初始迭代频率进行内层迭代以获取第一内层迭代结果；
S4、将所述第一内层迭代结果设置为外层迭代频率，并将所述外层迭代频率作为内层初始迭代频率；
S5、根据第二预设方法和内层初始迭代频率进行内层迭代以获取第二内层迭代结果；
S6、判断第二内层迭代结果与第一内层迭代结果之间的差值是否小于预设第一阈值；
S7、若是，则将第二内层迭代结果作为获取到的频率；
S8、若否，则将所述第二内层迭代结果设置为外层迭代频率，返回执行步骤S2。
指数采样是一种简便的频率估计方法，它可以简化采样过程并且采用的采样点呈指数分布。但是在动态情况下或者环境中信噪比(Signal to Noise ratio,SNR)较低时，输入的信号频率可能在每个周期内都发生改变，这会产生数量巨大的谐波分量和频率泄漏，这也同样限制了指数采样的应用。基于一种改进的指数采样方法估计频率，以方便其在非稳定状态下的使用。因此，本实施例使用改进的指数采样方法作为第一预设方法估计内层初始迭代频率。
所述第一预设方法如图2所示，包括：
S11、按照指数分布的时间点进行采样，采样时间点tp＝2p-Q-1(s)，p为自然数；相应地，得到采样值
S12、得到外层迭代频率其中，p0为截止标识；当s(tp)>0时，bp＝0；当s(tp)<0时，bp＝1；其中，
具体地，其中，p0为指数采样的截止标识，比如一个电力系统信号的标称频率为60Hz，动态频率范围为[-5,+5]Hz。这表明非标称频率为65Hz，大于64等于26Hz，因此可以设定Q＝7、P＝7。
具体地，第二预设方法为基于抽样窗口的傅里叶算法或者可变窗口长度的傅里叶算法。
具体地，若所述第二预设方法为基于抽样窗口的傅里叶算法，则所述第二预设方法如图3所示，包括：
S10、设定采样频率为标称频率的整数倍，并得到采样窗口长度；
S20、由傅里叶算法得到基于第一采样窗口的测量频率和基于第二采样窗口的测量频率；
S30、判断基于第一采样窗口的测量频率和基于第二采样窗口的测量频率的差值是否小于预设第二阈值；
S40、若是，则将基于第二采样窗口的测量频率作为内层迭代结果。所述内层迭代结果为第一内层迭代结果或第二内层迭代结果。
实施例2：
一种基于双层迭代的电力系统频率获取系统，如图4所示，包括：
外层迭代频率初始获取模块201，用于根据第一预设方法获取外层迭代频率；
内层初始迭代频率获取模块202，用于将所述外层迭代频率作为内层初始迭代频率；
第一内层迭代结果获取模块203，用于根据第二预设方法和内层初始迭代频率进行内层迭代以获取第一内层迭代结果；
内层初始迭代频率第一获取模块204，用于将所述第一内层迭代结果设置为外层迭代频率，并将所述外层迭代频率作为内层初始迭代频率；
第二内层迭代结果获取模块205，用于根据第二预设方法和内层初始迭代频率进行内层迭代以获取第二内层迭代结果；
第一判断模块206，用于判断第二内层迭代结果与第一内层迭代结果之间的差值是否小于预设第一阈值；
频率得到模块207，用于将第二内层迭代结果作为获取到的频率。
具体地，所述外层迭代频率初始获取模块201如图5所示，包括：
第一采样单元2011，用于按照指数分布的时间点进行采样，采样时间点tp＝2p-Q-1(s)，p为自然数；相应地，得到采样值
第一计算单元2012，用于得到外层迭代频率其中，p0为截止标识；当s(tp)>0时，bp＝0；当s(tp)<0时，bp＝1；其中，
具体地，还包括：
设定单元2013，用于根据非标称频率设定p0和Q的值。
具体地，还包括：
内层迭代结果获取模块208，用于接受第一内层迭代结果获取模块和第二内层迭代结果获取模块的调用进行内层迭代；所述内层迭代结果获取模块包括第一算法单元2081或第二算法单元2082；
所述第一算法单元2081用于基于抽样窗口的傅里叶算法进行内层迭代；
所述第二算法单元2082用于基于可变窗口长度的傅里叶算法进行内层迭代。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种基于双层迭代的电力系统频率获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据第一预设方法获取外层迭代频率，所述第一预设方法包括：
按照指数分布的时间点进行采样，采样时间点tp＝2p-Q-1(s)，p为自然数；相应地，得到采样值
得到外层迭代频率其中，p0为截止标识；当s(tp)>0时，bp＝0；当s(tp)<0时，bp＝1；其中，
S2、将所述外层迭代频率作为内层初始迭代频率；
S3、根据第二预设方法和内层初始迭代频率进行内层迭代以获取第一内层迭代结果，所述第二预设方法为基于抽样窗口的傅里叶算法或者可变窗口长度的傅里叶算法；
S4、将所述第一内层迭代结果设置为外层迭代频率，并将所述外层迭代频率作为内层初始迭代频率；
S5、根据第二预设方法和内层初始迭代频率进行内层迭代以获取第二内层迭代结果；
S6、判断第二内层迭代结果与第一内层迭代结果之间的差值是否小于预设第一阈值；
S7、若是，则将第二内层迭代结果作为获取到的频率；
S8、若否，则将所述第二内层迭代结果设置为外层迭代频率，返回执行步骤S2。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，p0和Q的值均根据非标称频率设定。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述第二预设方法为基于抽样窗口的傅里叶算法，则所述第二预设方法包括：
设定采样频率为标称频率的整数倍，并得到采样窗口长度；
由傅里叶算法得到基于第一采样窗口的测量频率和基于第二采样窗口的测量频率；
判断基于第一采样窗口的测量频率和基于第二采样窗口的测量频率的差值是否小于预设第二阈值；
若是，则将基于第二采样窗口的测量频率作为内层迭代结果。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述内层迭代结果为第一内层迭代结果或第二内层迭代结果。
5.一种基于双层迭代的电力系统频率获取系统，其特征在于，
包括：
外层迭代频率初始获取模块，第一预设方法包括：
按照指数分布的时间点进行采样，采样时间点tp＝2p-Q-1(s)，p为自然数；相应地，得到采样值
得到外层迭代频率其中，p0为截止标识；当s(tp)>0时，bp＝0；当s(tp)<0时，bp＝1；其中，所述外层迭代频率初始获取模块用于根据第一预设方法获取外层迭代频率；
内层初始迭代频率获取模块，用于将所述外层迭代频率作为内层初始迭代频率；
第一内层迭代结果获取模块，第二预设方法为基于抽样窗口的傅里叶算法或者可变窗口长度的傅里叶算法，所述第一内层迭代结果获取模块用于根据第二预设方法和内层初始迭代频率进行内层迭代以获取第一内层迭代结果；
内层初始迭代频率第一获取模块，用于将所述第一内层迭代结果设置为外层迭代频率，并将所述外层迭代频率作为内层初始迭代频率；
第二内层迭代结果获取模块，用于根据第二预设方法和内层初始迭代频率进行内层迭代以获取第二内层迭代结果；
第一判断模块，用于判断第二内层迭代结果与第一内层迭代结果之间的差值是否小于预设第一阈值；
频率得到模块，用于将第二内层迭代结果作为获取到的频率。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述外层迭代频率初始获取模块包括：
第一采样单元，用于按照指数分布的时间点进行采样，采样时间点tp＝2p-Q-1(s)，p为自然数；相应地，得到采样值
第一计算单元，用于得到外层迭代频率其中，p0为截止标识；当s(tp)>0时，bp＝0；当s(tp)<0时，bp＝1；其中，
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：
设定单元，用于根据非标称频率设定p0和Q的值。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：
内层迭代结果获取模块，用于接受第一内层迭代结果获取模块和第二内层迭代结果获取模块的调用进行内层迭代；所述内层迭代结果获取模块包括第一算法单元或第二算法单元；
所述第一算法单元用于基于抽样窗口的傅里叶算法进行内层迭代；
所述第二算法单元用于基于可变窗口长度的傅里叶算法进行内层迭代。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4609990A (en) * 1984-08-06 1986-09-02 General Electric Company Frequency measurement system
CN103399203A (zh) * 2013-08-09 2013-11-20 重庆大学 一种基于复合迭代算法的谐波参数高精度估计方法
CN104215833A (zh) * 2014-09-01 2014-12-17 广东电网公司电力科学研究院 电力系统频率测量方法及装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6034318B2 (ja) * 1980-11-28 1985-08-08 アンリツ株式会社 画像空間周波数アナライザ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4609990A (en) * 1984-08-06 1986-09-02 General Electric Company Frequency measurement system
CN103399203A (zh) * 2013-08-09 2013-11-20 重庆大学 一种基于复合迭代算法的谐波参数高精度估计方法
CN104215833A (zh) * 2014-09-01 2014-12-17 广东电网公司电力科学研究院 电力系统频率测量方法及装置

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