CN108982962B - 适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化系统及方法 - Google Patents

适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化系统及方法 Download PDF

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CN108982962B CN201810387701.3A CN201810387701A CN108982962B CN 108982962 B CN108982962 B CN 108982962B CN 201810387701 A CN201810387701 A CN 201810387701A CN 108982962 B CN108982962 B CN 108982962B
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Abstract

本发明涉及一种适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化系统及方法，本保护、测量一体化工作方法，包括：利用固定采样频率获取采样数据进行递推傅里叶相量计算，采用定频采样方式下的递推傅里叶相量补偿算法求解真实傅里叶相量，以进行保护计算；和/或通过获得的信号实际频率及预设的每周波测量计算点个数进行插值重采样，以生成1个周波之前的测量用采样数据窗，以进行测量计算。

Description

适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化系统及方法
技术领域
本发明涉及一种适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化系统及其工作方法。
背景技术
在电力系统中，间隔被定义为发电厂、变电站中由一些紧密连接、具有某些共同功能的元件所构成的供电单元。比如进线（出线）及其与母线之间相连的开关设备构成线路间隔，变压器及其与多个不同电压等级母线之间相连的开关设备构成变压器间隔。即使在同一个变电站中，因系统未合环运行，往往存在各个间隔之间系统频率不同的情况。但保护、测量装置往往同时接入多个间隔电气量。比如线路保护同时接入母线电压、线路电流、线路电压等模拟量，在线路开关断开的情况下，母线电压与线路电压之间的频率就可能存在差异。再比如电源快速切换装置，接入两条进线电压，母线电压等，一般来说两条进线开关一开一合，那么母线电压频率与开关处于合闸位置的线路的电流、电压等电气量的频率相同，但与另外一条开关处于分闸位置的线路的电压频率就可能存在不同。
随着处理器处理能力的提升，保护、测量一体化装置在电力系统中逐渐普及，即一台装置同时既具备保护功能，又具备测量功能。保测一体化装置降低了厂站自动化的建设成本与维护成本，受到越来越多的用户的青睐。对于保护功能而言，一般使用全波傅里叶变换计算所得的相量作为保护逻辑的判断依据；对于测量功能而言，一般使用均方根方法求值，即在同时考虑基波和高次谐波的情况下，计算幅值、功率信息。
无论对于全波傅里叶变换或者均方根方法而言，计算获得正确结果的前提是：采样频率可实时正确地反映信号频率。设
Figure 562330DEST_PATH_IMAGE001
是实际信号频率，预设一个周波采样点个数为N，则在采样频率
Figure 729875DEST_PATH_IMAGE002
的情况下，可以准确计算出傅里叶相量。设信号预设频率
Figure 630835DEST_PATH_IMAGE003
，即如
Figure 583748DEST_PATH_IMAGE004
，则表示采样频率跟随于实际信号频率。
传统的电力系统的测量装置可能接入异频率的多个间隔，但是装置的采样频率只能是一个，无法满足同时跟随于多个信号频率的要求。以线路保护为例，假设装置接入的线路频率与母线频率不同，此时至少对于线路、母线中的其中一者而言，装置采样频率无法跟随之。那么对于无法跟随的电气量，无论用傅里叶变换或者均方根方法计算所得的结果都会存在误差，装置无法直接使用含有误差的计算结果进行保护控制逻辑判断。同时往往现场测量应用往往要求可正确计算高次谐波的测量值，大多数保护应用基于基波分量，对于高次谐波的计算要求一般没有测量应用高，所以如果以同一采样频率进行保护、测量计算，从计算负荷的角度看偏大、不经济、同时也非必须。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于接入多间隔电气量的保护、测量一体化系统及其工作方法，其允许同时接入多个异频率间隔，并且实时计算傅里叶相量与准实时计算均方根值，以使保护计算与测量计算可在不同采样频率下完成，节约计算负荷。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化工作方法，包括：
利用固定采样频率获取采样数据进行递推傅里叶相量计算，采用定频采样方式下的递推傅里叶相量补偿算法求解得真实傅里叶相量，以进行保护计算；和/或
通过获得的信号实际频率及预设的每周波测量计算点个数进行插值重采样，以生成1个周波之前的测量用采样数据窗，以进行测量计算。
进一步，所述信号实际频率的计算方法包括：
利用连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量，并通过上述递推傅里叶相量建立以频率偏差值为参量的解析表达；以及
利用上述连续三个递推傅里叶相量之间存在的固有的几何位置关系，计算求得频率偏差值，进而获得信号实际频率；其中
所述频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差。
进一步，利用连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量的方法包括：
对于单相电气量，设有采样数据序列，即
x 0, x 1, x 2.... x N/2, x N/2+1....x N-1,x N , x N+1... x 3N/2-1... x 2N-1；
从上述采样数据序列中选取x 0,x 1,x 2....x N-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量
Figure 928273DEST_PATH_IMAGE005
；以及
从上述采样数据序列中选取x N/2,x N/2+1....x 3N/2-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量
Figure 68267DEST_PATH_IMAGE006
；以及
从上述采样数据序列中选取x N , x N+1... x 2N-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量
Figure 38497DEST_PATH_IMAGE007
；
其中N是预设的每周波采样点个数，即离散傅里叶变换的数据窗长度。
进一步，计算所述频率偏差值的方法包括：
设频率偏差值为
Figure 109832DEST_PATH_IMAGE008
，且判断频率偏差值
Figure 608946DEST_PATH_IMAGE009
的取值范围；以及
建立频率偏差值
Figure 501816DEST_PATH_IMAGE008
计算公式；其中
所述判断频率偏差值
Figure 495311DEST_PATH_IMAGE008
的取值范围的方法包括：
设定一比较参考值
Figure 422816DEST_PATH_IMAGE010
，则
Figure 607678DEST_PATH_IMAGE011
；
若
Figure 722265DEST_PATH_IMAGE012
，则
Figure 768718DEST_PATH_IMAGE013
；
若
Figure 301462DEST_PATH_IMAGE014
，则
Figure 142379DEST_PATH_IMAGE015
；以及
所述频率偏差值
Figure 9841DEST_PATH_IMAGE008
的计算公式，即
Figure 112182DEST_PATH_IMAGE016
；其中
Figure 748700DEST_PATH_IMAGE017
为相邻相量的相位夹角，且
Figure 760518DEST_PATH_IMAGE018
；
Figure 600430DEST_PATH_IMAGE019
为预设信号频率；以及
Figure 254265DEST_PATH_IMAGE020
；
Figure 479710DEST_PATH_IMAGE021
；
Figure 177276DEST_PATH_IMAGE022
；
并且所述信号实际频率的计算公式，即
Figure 753751DEST_PATH_IMAGE023
。
进一步，所述递推傅里叶相量补偿算法包括：
通过间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量；
定义信号实际频率与信号预设频率之差为频率偏差值；
频率偏差值不小于频率偏差比较参考值，则将上述相应递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式，以求解得到真实傅里叶相量。
进一步，通过间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量的方法包括：
对于电气量通道，设有采样数据序列，即
x 0,x 1,x 2....x N/2,x N/2+1....x N-1,x N ,...x 3N/2-1；
并计算获得两递推傅里叶相量分别为
Figure 945698DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 25649DEST_PATH_IMAGE006
；
并求出
Figure 661161DEST_PATH_IMAGE025
对应的真实傅里叶相量
Figure 459353DEST_PATH_IMAGE026
，以及
Figure 189412DEST_PATH_IMAGE027
对应的真实傅里叶相量
Figure 641646DEST_PATH_IMAGE028
，其中
Figure 697327DEST_PATH_IMAGE029
，实际信号频率为
Figure 982815DEST_PATH_IMAGE030
，信号预设频率为
Figure 267297DEST_PATH_IMAGE031
,以及频率偏差值为
Figure 587419DEST_PATH_IMAGE009
；
并将频率偏差值
Figure 282843DEST_PATH_IMAGE008
代入所述真实傅里叶相量。
进一步，生成所述测量用采样数据窗的方法包括：
在固定采样频率数据窗积累满1个周波以上的采样点数据，并按信号实际频率对1个周波前的采样点按照测量计算频率进行插值重采样，生成1个周波之前的测量用采样数据窗。
进一步，所述计算频率为预设测量计算每周波采样点个数与信号实际频率的乘积。
又一方面，本发明还提供了一种适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化系统，包括：
保护计算单元，通过固定采样频率获取采样数据进行递推傅里叶相量计算，采用定频采样方式下的递推傅里叶相量补偿算法求解真实傅里叶相量，以进行保护计算；和/或
测量单元，用于通过信号实际频率及预设的每周波测量计算点个数进行插值重采样，以生成1个周波之前的测量用采样数据窗，以进行测量计算。
进一步，所述频率计算单元包括：
相量计算模块，利用连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算获取相应递推傅里叶相量；
频率计算模块，通过上述递推傅里叶相量建立以频率偏差值为参量的解析表达，利用上述连续三个递推傅里叶相量之间存在的固有的几何位置关系，计算求得频率偏差值，进而获得信号实际频率，其中频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差；以及
所述保护计算模块包括：相量计算模块、频率偏差值判定模块和真实相量计算模块；其中
所述相量计算模块适于使用两个连续且间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应的递推傅里叶相量；
所述频率偏差值判定模块适于将频率偏差值与频率偏差比较阈值进行比较，其中所述频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差；
若频率偏差值不小于频率偏差比较阈值，则通过所述真实相量计算模块将上述递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式，以求解得到真实傅里叶相量。
本发明的有益效果是，本发明的接入多间隔电气量的保护、测量一体化系统及其工作方法，其允许同时接入多个异频率间隔，并且实时计算傅里叶相量与准实时计算均方根值，以使保护计算与测量计算可在不同的采样频率下完成，节约计算负荷。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化工作方法的软件流程图；
图2是本发明中self_part、conj_part以及递推计算情况下，相应相量的旋转关系图；
图3是图2经过正序变换计算后的self_part，self_part的相角变化与r、
Figure 570474DEST_PATH_IMAGE032
的关系图；
图4是本发明中对于递推的离散傅里叶变换，取
Figure 907914DEST_PATH_IMAGE033
得出的三个递推傅里叶相量关系图；
图5是以
Figure 82544DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 230759DEST_PATH_IMAGE035
、
Figure 225260DEST_PATH_IMAGE036
三个相量构成的三角形的相量图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
本实施例提供了一种适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化工作方法，包括：
利用固定采样频率获取采样数据进行递推傅里叶相量计算，采用定频采样方式下的递推傅里叶相量补偿算法求解真实傅里叶相量，以进行保护计算；和/或通过获得的信号实际频率及预设的每周波测量计算点个数进行插值重采样，以生成1个周波之前的测量用采样数据窗，以进行测量计算。
图1示出了本发明的适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化工作方法的软件流程图；该工作方法包括如下步骤：
步骤S1，以较高的固定采样频率（比如4000Hz）进行采样；
步骤S2，以保护计算固定频率（比如1200Hz）进行插值重采样，生成保护用采样数据窗；
步骤S3，基于生成的保护用采样数据窗进行离散递推傅里叶相量计算；
步骤S4，利用步骤S3生成的傅里叶相量结果进行信号实际频率计算，信号实际频率的具体方法在以下实施例中进行描述；
步骤S5，利用步骤S4计算所得的信号实际频率，对于步骤S4计算所得的傅里叶相量进行修正，以获得消除因采样频率不跟随于信号频率而存在误差的傅氏相量，即真实傅里叶相量（图中简称为真实傅氏相量），具体的，关于真实傅里叶相量计算的递推傅里叶相量补偿算法的具体方法在以下和实施例中进行描述
步骤S6，在固定采样频率数据窗积累满1个周波以上的采样点数据，并且已计算出间隔系统频率之后，对1个周波前的采样点按照测量计算频率（比如每周波48点，测量频率为
Figure 366391DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 913304DEST_PATH_IMAGE001
为信号实际频率）进行插值重采样，生成1个周波之前的测量用采样数据窗。
步骤S7，利用步骤S6生成的测量数据窗进行测量数据计算，获得幅值、功率、功率因素等测量值。
在本实施例中，例举了一种优选的信号实际频率的计算方法，具体实施过程如下：
假设正弦量为
Figure 950530DEST_PATH_IMAGE038
，其中X是正弦量幅值，φ是正弦量初始相角，
Figure 697906DEST_PATH_IMAGE001
为信号实际频率。假设采样频率
Figure 127882DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 277103DEST_PATH_IMAGE019
是测量程序预设的信号频率（可能
Figure 485231DEST_PATH_IMAGE004
，也可能
Figure 703591DEST_PATH_IMAGE040
），N是测量程序认定的每周波采样点个数，即离散傅里叶变换的数据窗长度。
定义离散递推傅里叶变化
Figure 186525DEST_PATH_IMAGE041
，其中
Figure 190253DEST_PATH_IMAGE042
，是采样间隔时间。考虑，则频率偏差值
Figure 585594DEST_PATH_IMAGE043
；并且
Figure 307562DEST_PATH_IMAGE008
可以为0，且以下所有描述亦成立。
化简离散递推傅里叶变换得：
Figure 63028DEST_PATH_IMAGE044
其中
Figure 921263DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 242830DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 920936DEST_PATH_IMAGE047
与
Figure 745672DEST_PATH_IMAGE048
互为共轭，即两个相量以实轴X轴为对称轴。定义
Figure 209146DEST_PATH_IMAGE049
Figure 461136DEST_PATH_IMAGE050
当
Figure 157696DEST_PATH_IMAGE051
时，
Figure 504233DEST_PATH_IMAGE052
，
Figure 71480DEST_PATH_IMAGE053
0，即如信号实际频率等于预设信号频率，离散递推傅里叶相量可以准确地反映原始相量；否则离散递推傅里叶相量无法准确地反映原始相量。在实施例中，将self_part定义为本项，conj_part被定义为尾项。self_part、conj_part以及递推计算情况下，相应相量的旋转关系如图2所示。
请参见图3，定义正序变换为：
Figure 494372DEST_PATH_IMAGE054
，其中
Figure 163381DEST_PATH_IMAGE055
是A相电气量相量、
Figure 329921DEST_PATH_IMAGE056
是B相电气量相量、
Figure 282833DEST_PATH_IMAGE057
是C相电气量相量。ABC三相是电气上呈正序的三相。
Figure 863243DEST_PATH_IMAGE058
、
Figure 268817DEST_PATH_IMAGE059
、
Figure 973468DEST_PATH_IMAGE060
呈逆序，经过正序变换计算被滤除掉，仅剩余self_part，self_part的相角变化与r、
Figure 266040DEST_PATH_IMAGE032
有关，因此可利用相角变化求取
Figure 30734DEST_PATH_IMAGE032
，进而获得信号实际频率。
在现有技术中，目前仅针对三相交流量可以使用正序变换计算将尾项（conj_part）滤除，但是对于单相电气量，由于尾项（conj_part）不可消去，因此不可以直接使用相角的变化来测量
Figure 658024DEST_PATH_IMAGE032
。
因此，在本实施例中选择
Figure 415633DEST_PATH_IMAGE061
，建立三个递推傅里叶相量，并且利用上述三个递推傅里叶相量之间存在的固有几何位置关系，计算求得频率偏差值，进而获得信号实际频率。
具体的实现方式如下：
本实施例提供了一种利用单相电压测量电气量频率的方法，包括：
利用连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗（对应保护用采样数据窗）数据计算相应递推傅里叶相量，并通过上述递推傅里叶相量建立以频率偏差值为参量的解析表达；以及
利用上述三个递推傅里叶相量之间存在的固有几何位置关系，计算求得频率偏差值，进而获得信号实际频率；其中
所述频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差。
本发明的接入多间隔电气量的保护、测量一体化系统及其工作方法，其允许同时接入多个异频率间隔，并且实时计算傅里叶相量与准实时计算均方根值，以使保护计算与测量计算可在不同的采样频率下完成，节约计算负荷。
由于滞后了一个周波计算测量量（均方根值），因此定义为准实时计算均方根值。
在本实施例中，利用连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量的方法包括：
对于单相电气量，设有采样数据序列，即
x 0, x 1, x 2.... x N/2, x N/2+1....x N-1,x N , x N+1... x 3N/2-1... x 2N-1；
从上述采样数据序列中选取x 0,x 1,x 2....x N-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量
Figure 77559DEST_PATH_IMAGE024
；以及
从上述采样数据序列中选取x N/2,x N/2+1....x 3N/2-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量
Figure 13154DEST_PATH_IMAGE006
；以及
从上述采样数据序列中选取x N , x N+1... x 2N-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量
Figure 612894DEST_PATH_IMAGE062
；
其中N是预设的每周波保护计算采样点个数，即离散傅里叶变换的数据窗长度。
具体的，计算所述频率偏差值的方法包括：设频率偏差值为
Figure 924926DEST_PATH_IMAGE009
，且判断频率偏差值
Figure 706937DEST_PATH_IMAGE009
的取值范围；以及建立频率偏差值
Figure 800052DEST_PATH_IMAGE008
计算公式。
所述判断频率偏差值
Figure 401934DEST_PATH_IMAGE009
的取值范围的方法包括：设定一比较参考值
Figure 986500DEST_PATH_IMAGE063
，则
Figure 373750DEST_PATH_IMAGE064
；若
Figure 651147DEST_PATH_IMAGE012
，则
Figure 740326DEST_PATH_IMAGE013
；若
Figure 377850DEST_PATH_IMAGE014
，则
Figure 134453DEST_PATH_IMAGE015
。
所述频率偏差值
Figure 317173DEST_PATH_IMAGE008
的计算公式，即
Figure 644380DEST_PATH_IMAGE065
；
Figure 836327DEST_PATH_IMAGE019
为预设信号频率；以及
Figure 181858DEST_PATH_IMAGE020
；
Figure 53255DEST_PATH_IMAGE021
；
Figure 117026DEST_PATH_IMAGE022
；
上述三个相量之间的关系如图4所示，可以进一步化简，
设
Figure 847085DEST_PATH_IMAGE066
，
Figure 63433DEST_PATH_IMAGE067
，以及
Figure 853535DEST_PATH_IMAGE068
，
Figure 139023DEST_PATH_IMAGE069
，
Figure 187619DEST_PATH_IMAGE070
，
Figure 242163DEST_PATH_IMAGE071
得出
Figure 203165DEST_PATH_IMAGE072
；
所以
Figure 992261DEST_PATH_IMAGE073
；
以
Figure 64122DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 238752DEST_PATH_IMAGE035
、
Figure 900151DEST_PATH_IMAGE036
三个相量构成的三角形如图5示，
Figure 691389DEST_PATH_IMAGE074
Figure 848832DEST_PATH_IMAGE075
所以得出
Figure 877968DEST_PATH_IMAGE072
，进而得出
Figure 446353DEST_PATH_IMAGE076
Figure 442997DEST_PATH_IMAGE017
为相邻相量的相角差。
所述信号实际频率的计算公式，即
Figure 856660DEST_PATH_IMAGE023
。
本发明所提供的信号实际频率的计算方法，对于单相电气量使用递推傅里叶相量测频而言，可以消除“尾项”的影响，取得精确的测频结果。
在本实施例中，例举了一种优选的递推傅里叶相量补偿算法，具体实施过程如下：
所述递推傅里叶相量补偿算法包括：
通过间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算对应的递推傅里叶相量；
若频率偏差值不小于频率偏差比较参考值，则将上述求得的递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式，以求解得到真实傅里叶相量；其中
所述频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差。
在本实施例中，对于离散递推傅里叶变化
Figure 5882DEST_PATH_IMAGE077
，其中
Figure 230321DEST_PATH_IMAGE078
，是采样间隔时间。考虑，
Figure 464993DEST_PATH_IMAGE079
。
此处的r表示第r次计算。当前时刻假设有x 0 ,x 1 ,x 2 ....x N-1 ，表示一个周波的等间隔的采样点数据（定频采样数据序列，且采样间隔
Figure 682348DEST_PATH_IMAGE078
），使用该数据窗的数据进行计算时，可认为r =0；到下一个采样点（时间又过了
Figure 938273DEST_PATH_IMAGE080
），采样数据窗为x 1 ,x 2 ....x N ，使用该数据窗数据进行计算时，可认为r =1，r可以一直到无穷大。
Figure 582881DEST_PATH_IMAGE081
，因为三角函数是周期函数，所以即便r可以取值无穷大，
Figure 304850DEST_PATH_IMAGE082
一共有N个独立值（0~N-1）。
故化简离散递推傅里叶变换得：
Figure 811049DEST_PATH_IMAGE083
其中
Figure 934862DEST_PATH_IMAGE084
，
Figure 484792DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 943324DEST_PATH_IMAGE085
与
Figure 502482DEST_PATH_IMAGE086
互为共轭，即两个相量以实轴X轴为对称轴。定义
Figure 480802DEST_PATH_IMAGE087
Figure 467213DEST_PATH_IMAGE088
self_part、conj_part以及递推计算情况下，相应相量的旋转关系如图2所示。
在本实施例中，通过间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量的方法包括：对于某电气量通道，设置定频采样数据序列，即
x 0,x 1,x 2....x N/2,x N/2+1....x N-1,x N ,...x 3N/2-1；
从上述采样数据序列中选取x 0,x 1,x 2....x N-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量
Figure 648926DEST_PATH_IMAGE024
；以及
从上述采样数据序列中选取x N/2,x N/2+1....x 3N/2-1，并通过递推的离散傅里叶变换，计算得到递推傅里叶相量
Figure 746195DEST_PATH_IMAGE006
；
其中N是预设的每周波保护计算采样点个数，即离散傅里叶变换的数据窗长度。
进一步，所述频率偏差值的计算方法包括：设定信号实际频率为
Figure 844601DEST_PATH_IMAGE089
，信号预设频率为
Figure 254110DEST_PATH_IMAGE090
，则频率偏差值
Figure 172388DEST_PATH_IMAGE091
；以及设定所述频率偏差比较参考值
Figure 73348DEST_PATH_IMAGE092
；若频率偏差值
Figure 776993DEST_PATH_IMAGE009
不小于频率偏差比较参考值
Figure 370785DEST_PATH_IMAGE092
，则补偿计算真实傅里叶相量；否则认为此傅里叶相量即工程意义上准确的傅里叶相量（认为
Figure 776359DEST_PATH_IMAGE093
很小时，傅里叶相量即便存在一定误差，也可以忽略不计，因
Figure 464698DEST_PATH_IMAGE093
很小，系数K 1很小（系数K 1的定义见以下实施例），会引入数据震荡，工程经验
Figure 272117DEST_PATH_IMAGE094
）
Figure 771231DEST_PATH_IMAGE092
可以描述为测量系统认定的系统频率（
Figure 414833DEST_PATH_IMAGE095
）与系统实际频率（
Figure 657596DEST_PATH_IMAGE096
）之间的偏差比较参考值。
将两递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式，以求解得到真实傅里叶相量的方法包括：
对于r=0，递推傅里叶相量
Figure 319521DEST_PATH_IMAGE097
展开如下：
Figure 241734DEST_PATH_IMAGE098
（1）；
对于r=N/2，递推傅里叶相量
Figure 621900DEST_PATH_IMAGE006
展开如下：
Figure 668354DEST_PATH_IMAGE099
（2）；
上式中，设定
Figure 935518DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 776435DEST_PATH_IMAGE100
，
Figure 643897DEST_PATH_IMAGE101
，
Figure 228462DEST_PATH_IMAGE102
；
将
Figure 114247DEST_PATH_IMAGE103
、
Figure 126066DEST_PATH_IMAGE104
、
Figure 480824DEST_PATH_IMAGE105
和
Figure 619812DEST_PATH_IMAGE017
带入公式（1）和（2）中得到
Figure 845257DEST_PATH_IMAGE106
（3）；
Figure 293556DEST_PATH_IMAGE107
（4）；
联立方程（3）和（4），解方程组得到，即
Figure 110509DEST_PATH_IMAGE108
对应的真实傅里叶相量
Figure 36877DEST_PATH_IMAGE026
，以及
Figure 647987DEST_PATH_IMAGE027
对应的真实傅里叶相量
Figure 752340DEST_PATH_IMAGE109
。
可以利用真实傅里叶相量
Figure 816111DEST_PATH_IMAGE110
参与控制保护的逻辑运算，在保护专业里面求得傅里叶相量之后，即可以求幅值、相角、进行方向计算等。
本发明的递推傅里叶相量补偿算法是利用固定采样频率获取采样数据进行傅里叶相量计算，采用修正算法消除因采样频率未跟踪信号频率带来的固有误差，还原以得到真实傅里叶相量，进而避免因采用含有误差的傅里叶相量进行控制逻辑判断，造成装置不正确动作。
在本实施例中，生成所述测量用采样数据窗的方法包括：
在固定采样频率数据窗积累满1个周波以上的采样点数据，并按信号实际频率对1个周波前的采样点按照测量计算的采样频率进行插值重采样，生成1个周波之前的测量用采样数据窗。
所述计算频率为设置的测量计算每周波采样点个数与信号实际频率的乘积。
本实施例还提供了一种适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化系统，包括：
保护计算单元，通过固定采样频率获取采样数据进行递推傅里叶相量计算，采用定频采样方式下的递推傅里叶相量补偿算法求解真实傅里叶相量，以进行保护计算；和/或测量单元，用于通过信号实际频率及预设的每周波测量采样点个数进行插值重采样，以生成1个周波之前的测量用采样数据窗，以进行测量计算。
所述频率计算单元包括：
相量计算模块，通过连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算获取相应递推傅里叶相量；
并通过上述递推傅里叶相量建立以频率偏差值为参量的解析表达，其中频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差；
频率计算模块，通过上述递推傅里叶相量建立以频率偏差值为参量的解析表达，利用上述连续三个递推傅里叶相量之间存在的固有的几何位置关系，计算求得频率偏差值，进而获得信号实际频率，其中频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差；以及
所述保护计算模块包括：所述保护计算模块包括：相量计算模块、频率偏差值判定模块和真实相量计算模块；其中
所述相量计算模块适于使用两个连续且间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应的递推傅里叶相量；
所述频率偏差值判定模块适于将频率偏差值与频率偏差比较阈值进行比较，其中所述频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差；
若频率偏差值不小于频率偏差比较阈值，则通过所述真实相量计算模块将上述递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式，以求解得到真实傅里叶相量。
在本实施例中，关于所述保护计算单元、测量单元的具体工作方法、原理如上述信号实际频率的计算方法和递推傅里叶相量补偿算法相同，此处不再赘述。
综上所述，本发明所提供了的接入多间隔电气量的保护、测量一体化系统及其工作方法，由于利用递推的傅氏相量进行频率计算，该计算方法是基于傅氏基波量进行的，因此对于采样频率无特殊要求，只要满足恩奎斯特采样定理可以正常计算傅氏基波相量即可，故操作十分方便；并且本计算方法对于计算傅氏变换的采样数据窗的采样频率是否跟随信号频率无要求，所以步骤S2基于固定频率插值重采样生成保护用数据窗计算傅氏相量，进而测量频率是准确的。不会因此影响后续跟随于信号频率的测量采样数据窗的生成；
测量值的计算滞后于当前采样数据1个周波，即对当前采样点之前一个周波的采样点进行测量计算。因测量量反应的是电力系统稳态运行的状况，同时电力系统是一个巨大的惯性系统，因此延时1个周波计算测量值，基本不影响测量值的实时性。另外在系统频率有变化的情况下，延时1个周波插值重采样生成的测量数据可确保测量重采样频率跟随于信号频率，可以准确地计算出测量值。故本发明避免了逐点实时计算当前测量值的方法存在因重采样频率不跟随于信号频率，导致无法正确计算出测量值的风险。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (2)

1.一种适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化工作方法，其特征在于，包括：
利用固定采样频率获取采样数据进行递推傅里叶相量计算，采用定频采样方式下的递推傅里叶相量补偿算法求解真实傅里叶相量，以进行保护计算；和/或
通过获得的信号实际频率及预设的每周波测量计算点个数进行插值重采样，以生成1个周波之前的测量用采样数据窗，进行测量计算；
所述信号实际频率的计算方法包括：
利用连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量，并通过上述递推傅里叶相量建立以频率偏差值为参量的解析表达；以及
利用上述连续三个递推傅里叶相量之间存在的固有的几何位置关系，计算求得频率偏差值，进而获得信号实际频率；其中
所述频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差；
利用连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量的方法包括：
对于单相电气量，设有采样数据序列，即
x0,x1,x2....xN/2,xN/2+1....xN-1,xN,xN+1...x3N/2-1...x2N-1；
从上述采样数据序列中选取x0,x1,x2....xN-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量
Figure FDA0002689514800000011
以及
从上述采样数据序列中选取xN/2,xN/2+1....x3N/2-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量
Figure FDA0002689514800000012
以及
从上述采样数据序列中选取xN,xN+1...x2N-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量
Figure FDA0002689514800000013
其中N是预设的每周波采样点个数，即离散傅里叶变换的数据窗长度；
计算所述频率偏差值的方法包括：
设频率偏差值为Δf，且判断频率偏差值Δf的取值范围；以及
建立频率偏差值Δf计算公式；其中
所述判断频率偏差值Δf的取值范围的方法包括：
设定一比较参考值α，则
Figure FDA0002689514800000021
若α＞0，则Δf＞0；
若α＜0，则Δf＜0；以及
所述频率偏差值Δf的计算公式，即
Figure FDA0002689514800000022
其中
θ为相邻相量的相位夹角，且
Figure FDA0002689514800000023
fmeas为预设信号频率；以及
Figure FDA0002689514800000024
Figure FDA0002689514800000025
Figure FDA0002689514800000026
并且所述信号实际频率的计算公式，即
freal＝fmeas+Δf；
所述递推傅里叶相量补偿算法包括：
通过间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量；
定义信号实际频率与信号预设频率之差为频率偏差值；
频率偏差值不小于频率偏差比较参考值，则将上述相应递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式，以求解得到真实傅里叶相量；
通过间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量的方法包括：
对于电气量通道，设有采样数据序列，即
x0,x1,x2....xN/2,xN/2+1....xN-1,xN,...x3N/2-1；
并求出
Figure FDA0002689514800000031
对应的真实傅里叶相量
Figure FDA0002689514800000032
以及
Figure FDA0002689514800000033
对应的真实傅里叶相量
Figure FDA0002689514800000034
其中
Figure FDA0002689514800000035
实际信号频率为freal，信号预设频率为fmeas,以及频率偏差值为Δf；
并将频率偏差值Δf代入所述真实傅里叶相量；
生成所述测量用采样数据窗的方法包括：
在固定采样频率数据窗积累满1个周波以上的采样点数据之后，按信号实际频率对1个周波前的采样点按照测量采样频率进行插值重采样，生成1个周波之前的测量用采样数据窗；
计算频率为预设的测量计算每周波采样点个数与信号实际频率的乘积。
2.一种适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化系统，其特征在于，包括：
保护计算单元，通过固定采样频率获取采样数据进行递推傅里叶相量计算，采用定频采样方式下的递推傅里叶相量补偿算法求解真实傅里叶相量，以进行保护计算；和/或
测量单元，用于通过信号实际频率及预设的每周波测量计算点个数进行插值重采样，以生成1个周波之前的测量用采样数据窗，以进行测量计算；
频率计算单元包括：
相量计算模块，通过连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算获取相应递推傅里叶相量；
频率计算模块，通过上述递推傅里叶相量建立以频率偏差值为参量的解析表达，利用上述连续三个递推傅里叶相量之间存在的固有的几何位置关系，计算求得频率偏差值，进而获得信号实际频率，其中频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差；以及
所述保护计算模块包括：相量计算模块、频率偏差值判定模块和真实相量计算模块；其中
所述相量计算模块适于使用两个连续且间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应的递推傅里叶相量；
所述频率偏差值判定模块适于将频率偏差值与频率偏差比较阈值进行比较，其中所述频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差；
若频率偏差值不小于频率偏差比较阈值，则通过所述真实相量计算模块将上述递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式，以求解得到真实傅里叶相量。
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