CN107255745B - 电压测量方法、装置、存储介质及其计算机设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发电站中电网系统侧的电压测量方法、装置、存储介质及其计算机设备，其具体为：获取发电站中发电机侧电压频率值和电网系统侧电压频率值，判断发电机侧电压频率值是否处于预设范围内，当处于时，采用全波离散型傅立叶计算电网系统侧电压值，当未处于时，对发电机侧电压频率值进行频率跟踪，根据电网系统侧电压频率值和频率跟踪后的发电机侧电压频率值，通过均方根算法，计算电网系统侧电压值。整个过程中，针对发电机侧电压频率值是否处于预设范围内采用两种不同方式计算电网系统侧电压值，确保即使发电机侧频率发生超出预设范围的变化时，在电网系统侧仍然能够获得准确的电网系统侧电压值，实现对发电站中电网系统侧电压准确测量。

Description

电压测量方法、装置、存储介质及其计算机设备

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及电压测量方法、装置、存储介质及其计算机设备。

背景技术

发电站智能一体化测控系统集继电保护、PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)控制、励磁调节、调速控制、自动同期等多功能于一体，实时监控并调节发电机组的运行状态。

发电站智能一体化测控系统进行控制的前提是准确采集发电机侧和电网系统侧电压。机组发电同期并网电网系统侧电压的频率值一般不会发生变化，而发电机侧的频率是不断变化的，为了得到正确的发电机侧电压值，必须随着频率的变化调整发电机侧电压的采样间隔，当数据采样是在一个中断中完成时，采样间隔的调整必然会影响系统侧电压的采样，从而使系统侧电压的值不准确。

可见，传统发电站中电网系统侧电压测量方式存在较大误差。

发明内容

基于此，有必要针对一般发电站中电网系统侧电压测量方式存在较大误差的问题，提供一种误差小的用于发电站中电网系统侧的电压测量方法、装置、存储介质及其计算机设备。

一种发电站中电网系统侧的电压测量方法，用于测量发电站中电网系统侧电压，包括步骤：

获取发电站中发电机侧电压频率值和电网系统侧电压频率值；

判断发电机侧电压频率值是否处于预设范围内；

当发电机侧电压频率值处于预设范围内时，采用全波离散型傅立叶计算电网系统侧电压值；

当发电机侧电压频率值未处于预设范围内时，对发电机侧电压频率值进行频率跟踪，根据电网系统侧电压频率值和频率跟踪后的发电机侧电压频率值，通过均方根算法，计算电网系统侧电压值。

一种发电站中电网系统侧的电压测量装置，用于测量发电站中电网系统侧电压，包括：

频率获取模块，用于获取发电站中发电机侧电压频率值和电网系统侧电压频率值；

判断模块，用于判断发电机侧电压频率值是否处于预设范围内；

第一计算模块，用于当发电机侧电压频率值处于预设范围内时，采用全波离散型傅立叶计算电网系统侧电压值；

第二计算模块，用于当发电机侧电压频率值未处于预设范围内时，对发电机侧电压频率值进行频率跟踪，根据电网系统侧电压频率值和频率跟踪后的发电机侧电压频率值，通过均方根算法，计算电网系统侧电压值。

本发明发电站中电网系统侧的电压测量方法与装置，获取发电站中发电机侧电压频率值和电网系统侧电压频率值，判断发电机侧电压频率值是否处于预设范围内，当处于时，采用全波离散型傅立叶计算电网系统侧电压值，当未处于时，对发电机侧电压频率值进行频率跟踪，根据电网系统侧电压频率值和频率跟踪后的发电机侧电压频率值，通过均方根算法，计算电网系统侧电压值。整个过程中，针对发电机侧电压频率值是否处于预设范围内采用两种不同方式计算电网系统侧电压值，确保即使发电机侧频率发生超出预设范围的变化时，在电网系统侧仍然能够获得准确的电网系统侧电压值，实现对发电站中电网系统侧电压准确测量。

另外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述方法的步骤。

另外，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如上述方法的步骤。

上述计算机可读存储介质与计算机设备，其中，电压测量方法针对发电机侧电压频率值是否处于预设范围内采用两种不同方式计算电网系统侧电压值，确保即使发电机侧频率发生超出预设范围的变化时，在电网系统侧仍然能够获得准确的电网系统侧电压值，实现对发电站中电网系统侧电压准确测量。

附图说明

图1为本发明发电站中电网系统侧的电压测量方法第一个实施例的流程示意图；

图2为本发明发电站中电网系统侧的电压测量方法第二个实施例的流程示意图；

图3为本发明发电站中电网系统侧的电压测量方法第三个实施例的流程示意图；

图4为本发明发电站中电网系统侧的电压测量装置第一个实施例的结构示意图；

图5为本发明发电站中电网系统侧的电压测量装置第二个实施例的结构示意图；

图6为本发明发电站中电网系统侧的电压测量装置第三个实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种发电站中电网系统侧的电压测量方法，包括以下步骤：

S200：获取发电站中发电机侧电压频率值和电网系统侧电压频率值。

发电站可以划分为发电机侧和电网系统侧，发电机侧将其他能量(水能、热能以及太阳能等)转化为电能并输出，电网系统侧接收发电机侧输出的电能，并通过架设好的线路输送至千家万户。在实际应用中，发电站中机组发电同期并网电网系统侧电压的频率值一般不会发生变化，而发电机侧的频率是不断变化的，为了得到正确的发电机侧电压值，必须随着频率的变化调整发电机侧电压的采样间隔。在这里，通过定时器捕捉或者通过发电站智能管理系统，获取发电机侧电压频率值和电网系统侧电压频率值。一般来说，在我国电网系统侧电压频率为50赫兹。

S400：判断发电机侧电压频率值是否处于预设范围内。

预设范围为预先设定的值，其具体可以基于历史经验数据来进行设定。具体来说，由于电网系统侧电压频率一般是固定不变化的，为准确测量电网系统侧电压值，发电机侧电压频率如果能够在电网系统侧电压频率左右，即可以直接采用傅里叶变换来计算电网系统侧电压频率，在满足测量精度的同时也减少数据处理量。因此，在这里，预设范围是指电网系统侧电压频率左右的范围，具体“左右”的允许值，可以基于历史经验数据以及测量精度需求进行设定，例如可以设定为电网系统侧电压频率±1赫兹。更进一步来说，我国电网系统侧电压频率为50赫兹，预设范围可以为49赫兹至51赫兹。

S600：当发电机侧电压频率值处于预设范围内时，采用全波离散型傅立叶计算电网系统侧电压值。

当发电机侧电压频率值处于预设范围内时，一般来说，测量误差大小是可控的，因此无需进行频率跟踪(频率跟踪是指采样间隔随其频率的变化而调整)，可以采用全波离散型傅立叶计算电网系统侧电压值。具体来说，可以采用全波离散型傅立叶计算得到电网系统侧电压的实部和虚部。更具体来说，可以对发电机侧和电网系统侧进行同步采样，以减少定时器使用个数，避免出现相差不一致同期误合闸的现象，在进行全波离散型傅立叶计算时，先获取发电机侧一个周期波内采样点数，即先有周期采样点数N，再直接采用周期采样点数N全波离散型傅立叶计算得到电网系统侧电压的实部和虚部。电网系统侧电压的实部A_n和虚部B_n的计算公式如下：

式中，N为周期采样点数，x_k第k点采样点的电压信号幅值，其具体可以基于电网系统侧电压正弦波函数/余弦波获得。

S800：当发电机侧电压频率值未处于预设范围内时，对发电机侧电压频率值进行频率跟踪，根据电网系统侧电压频率值和频率跟踪后的发电机侧电压频率值，通过均方根算法，计算电网系统侧电压值。

当发电机侧电压频率值不在预设范围内时，此时需要进行频率跟踪，即发电机侧电压采样间隔随其频率的变化而调整，从而可以对信号进行周期采样，保证发电机侧电压的幅值和相位准确。在发电机侧进行频率跟踪过程中，发电机侧的采样点是不改变的，改变的是电网系统侧电压实际采样点数。具体来说，发电机侧采样点数与电压频率值的乘积和电网系统侧实际采样点数据与电压频率值的乘积是相等的，即N_S*F_S＝N*F，式中，N为发电机侧周期采样点数，F为发电机侧电压频率，N_S为电网系统侧周期采样点数，F_S为电网系统侧电压频率。一般来说，在上述4个参数中，发电机侧周期采样点数N是不改变的，其数值具体可以从发电侧电压采样定时器中获取，具体可以为12、16、20以及24等；发电机侧电压频率F是个变化的数值，可以直接通过发电站控制系统等获取；电网系统侧电压频率F_S一般是个固定值，例如我国电网系统侧电压频率为50赫兹；电网系统侧周期采样点数N_S随前述三个参数计算获得的实际值，即电网系统侧电压实际采样点数。

本发明发电站中电网系统侧的电压测量方法，获取发电站中发电机侧电压频率值和电网系统侧电压频率值，判断发电机侧电压频率值是否处于预设范围内，当处于时，采用全波离散型傅立叶计算电网系统侧电压值，当未处于时，对发电机侧电压频率值进行频率跟踪，根据电网系统侧电压频率值和频率跟踪后的发电机侧电压频率值，通过均方根算法，计算电网系统侧电压值。整个过程中，针对发电机侧电压频率值是否处于预设范围内采用两种不同方式计算电网系统侧电压值，确保即使发电机侧频率发生超出预设范围的变化时，在电网系统侧仍然能够获得准确的电网系统侧电压值，实现对发电站中电网系统侧电压准确测量。

如图2所示，在其中一个实施例中，步骤S400之前还包括：

S320：对发电机侧电压和电网系统侧电压进行同步采样，获得采样序列。

对发电机侧电压和电网系统侧电压进行同步采样，可以确保发电站在同期合闸不会出相差不满足条件时误合闸的现象。非必要的，可以通过单个定时器中断对发电机侧电压和电压系统侧电压进行同步采样，在避免误合闸的同时，减少硬件设备数量，提高整个发电站的稳定性，减低建设与维护成本。在对发电机侧电压和电网系统侧电压进行同步采样，可以获得采样序列x(k)，k采样点，在发电站中一般输出的是交流电，我们可以针对一个周期内进行多次采样，另外再采集多个周期内的数据构成采样序列，例如可以针对4个交流电周期进行采样，每个周期采样点为24个，即当前采样序列x(k)的采样点为96个。

S340：获取发电机侧周期采样点数。

在获得采样序列x(k)，即可识别出发电机侧周期采样点数。发电机侧周期采样点数是权衡硬件成本、采样精度以及电网系统效率综合考虑预先设定的值。在实现本发明发电站中电网系统侧的电压测量方法过程中，可以通过设备(例如计算机)直接获取预先设定的发电机侧周期采样点数。更进一步来说，权衡硬件成本、采样精度以及电网系统效率综合考虑，可以对每周期信号波形进行等间距24点采样。

S360：获取发电站交流量频率，根据发电站交流量频率以及发电机侧周期采样点数，确定发电机侧电压采样间隔。

继续采用上述实例，交流量频率为f，周期为T＝1/f，对于每周波24个采样点，采样间隔为t＝T/24＝1/(24*f)，发电机侧电压的频率50赫兹时，采样间隔为t＝1/1200＝833微秒。具体来说，在发电机侧其电压频率有可能是变化的，其周期采样点数是由定时器设置的，因此是个固定数值不会变(例如固定为24)，因此，在发电机侧电压频率发生变化时，发电机侧电压采样间隔也是会改变的。这个过程称为频率跟踪过程。频率跟踪即发电机侧电压采样间隔随其频率的变化而调整。发电机侧电压的频率不在允许变化范围(例如49赫兹至51赫兹)之间时，会按照实际捕获的频率值调整信号的采样间隔，从而可以对信号进行周期采样，保证发电机侧电压的幅值和相位准确。比如当发电机侧电压频率为45赫兹时，进行频率跟踪，发电机侧电压采样间隔t＝1/(24*45)＝926微秒。

在本实施例中，发电机侧电压和电网系统侧电压进行同步采样，能够有效避免发电站在同期合闸出相差不满足条件时误合闸的现象，提高发电站的稳定性，另外，针对发电机侧电压频率可能变化的情况，采用频率跟踪方式确定发电机侧电压采样间隔，确保对发电机侧参数的准确且有效采集。

如图2所示，在其中一个实施例中，步骤S800之前还包括：

S340：获取发电机侧周期采样点数。

步骤S800具体包括：

步骤S820：当发电机侧电压频率值未处于预设范围内时，根据发电机侧周期采样点数、发电机侧电压频率值以及电网系统侧电压频率值，计算电网系统侧电压实际采样点数。

发电机侧采样点数与电压频率值的乘积和电网系统侧实际采样点数据与电压频率值的乘积是相等的，即N_S*F_S＝N*F，式中，N为发电机侧周期采样点数，F为发电机侧电压频率，N_S为电网系统侧周期采样点数，F_S为电网系统侧电压频率。一般来说，在上述4个参数中，发电机侧周期采样点数N是不改变的，其数值具体可以从发电侧电压采样定时器中获取，具体可以为12、16、20以及24等；发电机侧电压频率F是个变化的数值，可以直接通过发电站控制系统等获取；电网系统侧电压频率F_S一般是个固定值，例如我国电网系统侧电压频率为50赫兹；电网系统侧周期采样点数N_S随前述三个参数计算获得的实际值，即电网系统侧电压实际采样点数N_S。

S840：根据电网系统侧电压实际采样点数，通过均方根算法，计算电网系统侧电压值。

电网系统侧电压幅值函数关系，可以从电网系统智能管理系统获取。一般来说，在电网系统中一般输出是交流电，其电压幅值与时间成一个周期性的正弦波/余弦波。根据步骤S820获得的电网系统侧电压实际采样点数以及电网系统侧电压幅值函数关系，即可获得电网系统侧不同采样点处电压幅值Us(k)，进而可以计算得到电网系统侧电压值。

如图3所示，在其中一个实施例中，步骤S840包括：

S842：获取电网系统侧电压采样点处瞬时电压幅值函数关系；

S844：根据电网系统侧电压实际采样点数以及电网系统侧电压采样点处瞬时电压幅值函数关系，通过均方根算法，计算电网系统侧电压值；

S846：对电网系统侧电压值进行连续预设个数周波的均值滤波，获得稳定的电网系统侧电压值。

具体来说，预设个数周波可以为3个周波。上述计算过程具体计算公式如下：

式中，N为发电机侧周期采样点数、F为发电机侧电压频率、N_S为电网系统侧周期采样点数、F_S为电网系统侧电压频率、U_s(k)为电网系统侧电压采样点处电压幅值、U_s(n)电网系统侧电压某一周期均方根算法求得的电压幅值、

为电网系统侧电压信号连续3个周期的均值滤波幅值。

如图4所示，一种发电站中电网系统侧的电压测量装置，包括：

频率获取模块200，用于获取发电站中发电机侧电压频率值和电网系统侧电压频率值；

判断模块400，用于判断发电机侧电压频率值是否处于预设范围内；

第一计算模块600，用于当发电机侧电压频率值处于预设范围内时，采用全波离散型傅立叶计算电网系统侧电压值；

第二计算模块800，用于当发电机侧电压频率值未处于预设范围内时，对发电机侧电压频率值进行频率跟踪，根据电网系统侧电压频率值和频率跟踪后的发电机侧电压频率值，通过均方根算法，计算电网系统侧电压值。

本发明发电站中电网系统侧的电压测量装置，频率获取模块200获取发电站中发电机侧电压频率值和电网系统侧电压频率值，判断模块400判断发电机侧电压频率值是否处于预设范围内，当处于时，第一计算模块600采用全波离散型傅立叶计算电网系统侧电压值，当未处于时，第二计算模块800对发电机侧电压频率值进行频率跟踪，根据电网系统侧电压频率值和频率跟踪后的发电机侧电压频率值，通过均方根算法，计算电网系统侧电压值。整个过程中，针对发电机侧电压频率值是否处于预设范围内采用两种不同方式计算电网系统侧电压值，确保即使发电机侧频率发生超出预设范围的变化时，在电网系统侧仍然能够获得准确的电网系统侧电压值，实现对发电站中电网系统侧电压准确测量。

如图5所示，在其中一个实施例中，发电站中电网系统侧的电压测量装置还包括：

采样序列获取模块320，用于对发电机侧电压和电网系统侧电压进行同步采样，获得采样序列；

周期采样点获取模块340，用于获取发电机侧周期采样点数；

采样间隔确定模块360，用于获取发电站交流量频率，根据发电站交流量频率以及发电机侧周期采样点数，确定发电机侧电压采样间隔

如图5所示，在其中一个实施例中，发电站中电网系统侧的电压测量装置还包括：

周期采样点获取模块340，用于获取发电机侧周期采样点数；

第一处理模块600，用于当发电机侧电压频率值处于预设范围内时，采用周期采样点数全波离散型傅立叶计算电网系统侧电压的实部和虚部，获取电网系统侧电压值。

如图5所示，在其中一个实施例中，发电站中电网系统侧的电压测量装置还包括：

周期采样点获取模块340，用于获取发电机侧周期采样点数；

第二处理模块800包括：

采样点数计算单元820，用于当发电机侧电压频率值未处于预设范围内时，根据发电机侧周期采样点数、发电机侧电压频率值以及电网系统侧电压频率值，计算电网系统侧电压实际采样点数；

电压值计算单元840，用于根据电网系统侧电压实际采样点数，通过均方根算法，计算电网系统侧电压值。

如图6所示，在其中一个实施例中，电压值计算单元840具体包括：

电压幅值函数获取单元842，用于获取电网系统侧电压采样点处瞬时电压幅值函数关系；

初始电压值计算单元844，用于根据电网系统侧电压实际采样点数以及电网系统侧电压采样点处瞬时电压幅值函数关系，通过均方根算法，计算电网系统侧电压值；

稳定电压值计算单元846，用于对电网系统侧电压值进行连续预设个数周波的均值滤波，获得稳定的电网系统侧电压值

另外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述方法的步骤。

另外，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如上述方法的步骤。

上述计算机可读存储介质与计算机设备，其中，电压测量方法针对发电机侧电压频率值是否处于预设范围内采用两种不同方式计算电网系统侧电压值，确保即使发电机侧频率发生超出预设范围的变化时，在电网系统侧仍然能够获得准确的电网系统侧电压值，实现对发电站中电网系统侧电压准确测量。

Claims (10)

1.一种发电站中电网系统侧的电压测量方法，其特征在于，包括步骤：

通过定时器捕捉或通过发电站智能管理系统，获取发电站中发电机侧电压频率值和电网系统侧电压频率值；

判断所述发电机侧电压频率值是否处于预设范围内；

当所述发电机侧电压频率值处于预设范围内时，采用全波离散型傅立叶计算电网系统侧电压值；

当所述发电机侧电压频率值未处于预设范围内时，对所述发电机侧电压频率值进行频率跟踪，根据所述电网系统侧电压频率值和频率跟踪后的所述发电机侧电压频率值，通过均方根算法，计算电网系统侧电压值。

2.根据权利要求1所述的发电站中电网系统侧的电压测量方法，其特征在于，所述判断所述发电机侧电压频率值是否处于预设范围内的步骤之前还包括：

对发电机侧电压和电网系统侧电压进行同步采样，获得采样序列；

获取发电机侧周期采样点数；

获取发电站交流量频率，根据所述发电站交流量频率以及所述发电机侧周期采样点数，确定发电机侧电压采样间隔，所述发电站交流量频率包括发电机侧电压频率。

3.根据权利要求1所述的发电站中电网系统侧的电压测量方法，其特征在于，

所述当所述发电机侧电压频率值处于预设范围内时，采用全波离散型傅立叶计算电网系统侧电压值的步骤之前还包括：

获取发电机侧周期采样点数；

所述当所述发电机侧电压频率值处于预设范围内时，采用全波离散型傅立叶计算电网系统侧电压值的步骤包括：

当所述发电机侧电压频率值处于预设范围内时，采用周期采样点数对应的全波离散型傅立叶计算所述电网系统侧电压的实部和虚部，获取所述电网系统侧电压值。

4.根据权利要求1所述的发电站中电网系统侧的电压测量方法，其特征在于，所述当所述发电机侧电压频率值未处于预设范围内时，对所述发电机侧电压频率值进行频率跟踪，根据所述电网系统侧电压频率值和频率跟踪后的所述发电机侧电压频率值，通过均方根算法，计算电网系统侧电压值的步骤之前还包括：

获取发电机侧周期采样点数；

所述当所述发电机侧电压频率值未处于预设范围内时，对所述发电机侧电压频率值进行频率跟踪，根据所述电网系统侧电压频率值和频率跟踪后的所述发电机侧电压频率值，通过均方根算法，计算电网系统侧电压值的步骤包括：

当所述发电机侧电压频率值未处于预设范围内时，根据所述发电机侧周期采样点数、所述发电机侧电压频率值以及所述电网系统侧电压频率值，计算电网系统侧电压实际采样点数；

根据所述电网系统侧电压实际采样点数，通过均方根算法，计算所述电网系统侧电压值。

5.根据权利要求4所述的电压测量方法，其特征在于，所述根据所述电网系统侧电压实际采样点数，通过均方根算法，计算所述电网系统侧电压值的步骤包括：

获取所述电网系统侧电压采样点处瞬时电压幅值函数关系；

根据所述电网系统侧电压实际采样点数以及所述电网系统侧电压采样点处瞬时电压幅值函数关系，通过均方根算法，计算所述电网系统侧电压值；

对所述电网系统侧电压值进行连续预设个数周波的均值滤波，获得稳定的所述电网系统侧电压值。

6.一种发电站中电网系统侧的电压测量装置，其特征在于，包括：

频率获取模块，用于通过定时器捕捉或者通过发电站智能管理系统，获取发电站中发电机侧电压频率值和电网系统侧电压频率值；

判断模块，用于判断所述发电机侧电压频率值是否处于预设范围内；

第一计算模块，用于当所述发电机侧电压频率值处于预设范围内时，采用全波离散型傅立叶计算电网系统侧电压值；

第二计算模块，用于当所述发电机侧电压频率值未处于预设范围内时，对所述发电机侧电压频率值进行频率跟踪，根据所述电网系统侧电压频率值和频率跟踪后的所述发电机侧电压频率值，通过均方根算法，计算电网系统侧电压值。

7.根据权利要求6所述的发电站中电网系统侧的电压测量装置，其特征在于，还包括：

周期采样点获取模块，用于获取发电机侧周期采样点数；

所述第一计算模块，用于当所述发电机侧电压频率值处于预设范围内时，采用周期采样点数对应的全波离散型傅立叶计算所述电网系统侧电压的实部和虚部，获取所述电网系统侧电压值。

8.根据权利要求6所述的发电站中电网系统侧的电压测量装置，其特征在于，还包括：

周期采样点获取模块，用于获取发电机侧周期采样点数；

所述第二计算模块包括：

采样点数计算单元，用于当所述发电机侧电压频率值未处于预设范围内时，根据所述发电机侧周期采样点数、所述发电机侧电压频率值以及所述电网系统侧电压频率值，计算电网系统侧电压实际采样点数；

电压值计算单元，用于根据所述电网系统侧电压实际采样点数，通过均方根算法，计算所述电网系统侧电压值。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任意一项所述方法的步骤。

10.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-5中任意一项所述方法的步骤。

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