CN107045081B - 一种保护装置中实时频率的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种保护装置中实时频率的测量方法，包括以下步骤：步骤1）、对被测电信号的整周波进行固定间隔采样；步骤2）、得到计算公式；步骤3）、进行N/2点数累加上述公式后半部分的值；步骤4）、推算得到角频率偏差；步骤5）、由角频率偏差计算得到实时角频率，转换后得到被测电信号的实时频率。本发明的实时频率测量方法是利用工频信号正弦波形特征，通过固定间隔采样值，进行曲线拟合累加，在固定工频基础上推导出频差，从而得出实际频率值，本发明的测量方法用较少的采样点数就可算出实际频率值，且中间没有较为复杂的运算逻辑，实现起来简单高效。实际应用中测频精度完全满足电力系统继电保护和测量的需要。

Description

一种保护装置中实时频率的测量方法

技术领域

本发明涉及电力系统参数测量技术领域，具体涉及一种保护装置中实时频率的测量方法。

背景技术

频率是电力系统的主要性能参数，国际上曾多次发生频率崩溃导致的大面积停电事故。电力系统功率不足将导致频率下降，通过自动发电系统来启动旋转备，使电力系统频率恢复正常。频率严重不足时，低频减负荷装置切除部分次要负荷，保持系统频率和对重要用户的供电。实施这些措施的前提是相应设备和装置能准确测量到系统的实时频率。系统实时频率是同步相量测量装置的主要参数，是系统稳定性判别和控制决策的依据之一。另外，系统发生异常或故障时，继电保护装置根据实时频率可以准确计算相关的电气量参数，如序分量、故障分量和阻抗等。

频率的测量主要分为硬件测量和软件测量，硬件测量频率一般由过零比较电路、方波形成电路和计数器构成，简单、方便，但需要增加硬件电路，不但增加硬件成本而且易受干扰。软件测频包括基于插值的cross算法、最小二乘方法、递推富氏算法、全波富氏算法、卡尔曼滤波算法等，但都存在这样那样的不足与缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种保护装置中实时频率的测量方法，较少的采样点数就可算出实际频率值，且中间没有较为复杂的运算逻辑，实现起来简单高效。

本发明实现上述技术目的采用的技术方案是：一种保护装置中实时频率的测量方法，包括以下步骤：

步骤1）、对被测电信号的整周波进行固定间隔采样，每周波采样点数N，采样间隔T，得到被测电信号的固定间隔采样值{U0，U1，……，UN-1，UN，……，U2N-1，U2N，U2N+1，……｝；

步骤2）、定义工频信号为以下表示方式：

；

其中，S为幅值，w为角频率，△w角频率偏差，w0固定波角频率，

为初始相角；

将采样点前推k个点求和得：

；

上述公式变化后，得到：

；

取k=N/2，N为固定周波采样总点数，可得到：

；

将w = w0 + △w代入上式，左侧

;

因w0 =2π/NT可知

；

最终左侧：；

即得到

；

等同于：

；

因为固定值，两边采样点求和叠加，最终得到：

；

步骤3）、对上述公式进行连续N/4点数累加，为避免分母累加值太小，计算相差 90度的2组值，取分母较大的那一组进行计算，假设得出的两组分母的累积加值分别是M1=UN/4 + UN/4+1 + …… + UN/2-1和M2=UN/2 + UN/2+1 + …… + U3N/4-1，所累积对应的分子是N1= U0 + U1 + …… + UN/4-1 + UN/2 + …… + U3N/4-1和N2=UN/4 + UN/4+1 +…… + UN/2-1 + U3N/4 + …… + UN-1；

步骤4）、对所得两组分母进行比较, 取分母较大的那一组进行计算：

if（M1 > M2），则：M = N1/M1;

else，则：M = N2/M2；

；

从而推算得到角频率偏差：

；

步骤5）由公式w = 2πf，已知角频率偏差值，进而可计算得到被测电信号的实时频率f。

有益效果

本发明的实时频率测量方法是利用工频信号正弦波形特征，通过固定间隔采样值，进行曲线拟合累加，在固定工频基础上推导出频差，从而得出实际频率值，本发明的测量方法用较少的采样点数就可算出实际频率值，且中间没有较为复杂的运算逻辑，实现起来简单高效。实际应用中测频精度完全满足电力系统继电保护和测量的需要。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。

一种保护装置中实时频率的测量方法，包括以下步骤：

步骤1）、对被测电信号的整周波进行固定间隔采样，每周波采样点数N，采样间隔T，得到被测电信号的固定间隔采样值{U0，U1，……，UN-1，UN，……， U2N-1，U2N，U2N+1，……｝；

步骤2）、定义工频信号为以下表示方式：

；

其中，S为幅值，w为角频率，△w角频率偏差，w0固定波角频率，

为初始相角；

将采样点前推k个点求和得：

；

上述公式变化后，得到：

；

取k=N/2，N为固定周波采样总点数，可得到：

；

将w = w0 + △w代入上式，左侧

;

因w0 =2π/NT可知

；

最终左侧：

；

即得到

；

等同于：

；

因

为固定值，两边采样点求和叠加，最终得到：

；

步骤3）、对上述公式进行连续N/4点数累加，为避免分母累加值太小，计算相差 90度的2组值，取分母较大的那一组进行计算，假设得出的两组分母的累积加值分别是M1=UN/4 + UN/4+1 + …… + UN/2-1和M2=UN/2 + UN/2+1 + …… + U3N/4-1，所累积对应的分子是N1= U0 + U1 + …… + UN/4-1 + UN/2 + …… + U3N/4-1和N2=UN/4 + UN/4+1 +…… + UN/2-1 + U3N/4 + …… + UN-1；

步骤4）、对所得两组分母进行比较, 取分母较大的那一组进行计算：

if（M1 > M2）

{M = N1/M1;}

else

{M = N2/M2}

可得出：

；

从而推算得到角频率偏差：；

步骤5）由公式w = 2πf，已知角频率偏差值，进而可计算得到被测电信号的实时频率f。

实际应用中，电力系统中工频信号频率一般是50HZ，Δw实际角频率与50赫兹角频率的差，N为50赫兹周波采样点数，T和N的值根据实际进行设置，本例中采样点数为24点采样，通过下面公式：

对上述公式进行N/4点数累加，这样，分子相当于半周的累加，分母是1/4周的累加，有一定的滤波效果。为避免分母累加值太小，计算相差90度的2组值，取分母较大的那一组进行计算。

该算法的精度依托于N/4累加点数的截取，所以T固定周波采样间隔精度，N固定周波采样总点数对测频精度有较大的影响，但由于嵌入式技术的近年来突飞猛进的发展，模拟采样精度再不断提高，这种要求在普通单片机中已很容易实现；同时考虑到谐波分量对测频精度的影响，为此添加了常规带通滤波器算法，可很好的滤掉直流分量和谐波分量，进一步提高了此算法的可靠性和准确性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种保护装置中实时频率的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1）、对被测电信号的整周波进行固定间隔采样，每周波采样点数N，采样间隔T，得到被测电信号的固定间隔采样值｛U0，U1，……，UN-1，UN，……，U2N-1，U2N，U2N+1，……｝；

步骤2）、定义工频信号为以下表示方式：

；

其中，S为幅值，w为角频率，△w角频率偏差，w0固定波角频率，

为初始相角；

将采样点前推k个点求和得：

；

上述公式变化后，得到：

；

取k=N/2，N为固定周波采样总点数，可得到：

；

将w = w0 + △w代入上式，左侧

;

因w0 =2π/NT可知

；

最终左侧：；

即得到

；

等同于：

；

因

为固定值，两边采样点求和叠加，最终得到：

；

步骤3）、对上述公式进行连续N/4点数累加，为避免分母累加值太小，计算相差 90度的2组值，取分母较大的那一组进行计算，假设得出的两组分母的累积加值分别是M1= UN/4 +UN/4+1 + …… + UN/2-1和M2=UN/2 + UN/2+1 + …… + U3N/4-1，所累积对应的分子是N1= U0 + U1 + …… + UN/4-1 + UN/2 + …… + U3N/4-1和N2=UN/4 + UN/4+1 + ……+ UN/2-1 + U3N/4 + …… + UN-1；

步骤4）、对所得两组分母进行比较, 取分母较大的那一组进行计算：

if（M1 > M2），则：M = N1/M1;

else，则：M = N2/M2；

可得出：

；

从而推算得到角频率偏差：

；

步骤5）由公式w = 2πf，已知角频率偏差值，进而可计算得到被测电信号的实时频率f。