CN110401190A - 一种电力系统频率实时检测与辨识系统 - Google Patents

Abstract

一种电力系统频率实时检测与辨识系统，涉及电力系统领域，包括：数据采样模块、序列构建模块、辨识参数确定模块、参数第一求解模块、参数第二求解模块、频率求解模块、频率监控模块；其中，数据采样模块，用于对单相电力系统的电压值进行抽样，获得电压采样序列；序列构建模块，用于根据电压采样序列，求解第一输入序列以及第二响应序列；参数第一求解模块以及参数第二求解模块，用于求解辨识参数频率求解模块，用于求解获得电力系统频率；频率监控模块，用于实时显示电力系统频率的变化曲线。本发明通过电压进行抽样处理，经辨识获得与电力系统频率相关的待辨识参数，经求解获得电力系统频率，实现实时监控。

Description

一种电力系统频率实时检测与辨识系统

技术领域

本发明涉及电力系统领域，特别是涉及一种电力系统频率实时检测与辨识系统。

背景技术

电力系统是由发电厂、送变电线路、供配电所和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、优质的电能。

电力系统的主体结构有电源(水电站、火电厂、核电站等发电厂)，变电所(升压变电所、负荷中心变电所等)，输电、配电线路和负荷中心。各电源点还互相联接以实现不同地区之间的电能交换和调节，从而提高供电的安全性和经济性。输电线路与变电所构成的网络通常称电力网络。电力系统的信息与控制系统由各种检测设备、通信设备、安全保护装置、自动控制装置以及监控自动化、调度自动化系统组成。电力系统的结构应保证在先进的技术装备和高经济效益的基础上，实现电能生产与消费的合理协调。

电力系统频率的状态关系到电网的安全，对电力系统的频率进行动态跟踪成为研究热点。

由于电力系统是一个复杂的时变系统，随着系统的运行，处理数据量越来越大，极大地增大了处理数据的所需要的计算机处理能力，使得数据处理速度变慢或处理数据成本提高。采用传统遗忘因子加权进行最小二乘法的递推，并不能完全将旧数据的影响完全清除，使得较久远的故障数据等不能完全清除，影响现有状态数据的精确度。

发明内容

有鉴于现有技术的上述的一部分缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种电力系统频率实时检测与辨识系统，旨在优化电力系统网络的频率估计求解，仅保留最近的数据并进行参数辨识，提高系统参数估计的求解速度，实现电力系统频率的动态跟踪。

为实现上述目的，本发明提供了一种电力系统频率实时检测与辨识系统，所述系统包括：

数据采样模块，用于定时对单相电力系统的电压值进行抽样，获得所述单相电力系统的电压采样序列u(k)；所述k为电压采样序列u(k)的采样序号，所述k为正整数，其中，采样周期为△t；

序列构建模块，用于根据所述电压采样序列u(k)，求解第一输入序列x(i)以及第二响应序列f(i)；所述f(i)满足：f(i)＝u(i+2)+u(i)，所述x(i)满足：x(i)＝2u(i+1)；所述i为正整数；

辨识参数确定模块，用于确定辨识参数为η_i＝cosw△t；所述单相电力系统的第一输入序列x(i)以及第二响应序列f(i)满足：F_i＝X_iη_i；

其中，F_i＝(f(j) f(j+1) … f(i))^T，X_i＝(x(j) x(j+1) … x(i))^T；

参数第一求解模块，用于响应于所述i满足：1≤a₁≤i≤a₂，则所述辨识参数的求解满足：所述a₁、a₂为预设正整数；

参数第二求解模块，用于响应于所述i满足：i>a₂，则求解η_(i-1)在保留首项的情况下增加新项[X_i F_i]后η_{(i remain_first)}的估计值求解η_{(i remain_first)}去掉所述首项后η_(i)的估计值其中，

所述满足：

所述满足：

I为单位矩阵；

频率求解模块，用于根据所述参数第一求解模块或所述参数第二求解模块所求得的求解获得电力系统频率f_i，所述f_i满足：

频率监控模块，用于根据所述电力系统频率f_i，实时显示所述电力系统频率f_i的变化曲线。

在一具体实施方式中，所述采样周期为△t为5ms-500ms。

在一具体实施方式中，所述变化曲线的横坐标为时间t，纵坐标为所述电力系统频率f_i，相邻的所述电力系统频率f_i之间的时间差为所述采样周期△t。

在一具体实施方式中，所述参数第二求解模块还包括初始值求解单元，用于求解初始值所述初始值 满足：

本发明的有益效果是：在本发明中，通过限定电力系统的数据项数，保持数据上限为a₂项，当数据量少于上限则直接求解参数的估计值，当数据量超过上限，则增加新项并删除首项保持数据长度。一方面，对前项数据进行剔除，使得计算处理量变少，同时，由于电力系统是一个渐变系统，距离当前时间节点越远的数据准确性越低，将距离当前时刻的较远的数据进行剔除，有效提高系统精度。此外，通过公式两步求解，所获得的参数估计精度越较高，增强参数估计准确度。本发明通过电压进行抽样处理，经辨识获得与电力系统频率相关的待辨识参数，经求解获得电力系统频率，实现实时监控。本发明与采用传统遗忘因子加权进行最小二乘法的递推相比，能够将较久远的故障数据进行清楚，能够将旧数据的影响清除，降低旧数据对现有状态数据的影响，提高精确度。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式的一种电力系统频率实时检测与辨识系统的系统框图；

图2是本发明一具体实施方式的一种电力系统频率实时检测与辨识方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

单相电力系统电压信号的采样模型可表述为：

其中，u_k为单相电力系统电压采样信号值，V为电压幅值，为初相位，w为电力基波角频率，△t为采样时间间隔，ξ(k)为随机噪声；

根据积化和差可得：

故而，可得：

v_k+2+v_k＝2v_k+1cos(w△t) (3)

令f(i)＝u(i+2)+u(i)、x(i)＝2u(i+1)、η＝cos(w△t)，则式(3)可化为：

即：F_i＝X_iη_i (5)

其中，F_i＝(f(j) f(j+1) … f(i))^T，X_i＝(x(j) x(j+1) … x(i))^T；

此时，只需获得上式的估计值，即可反求w，并进一步获得电力系统频率。

常规而言，通过最小二乘法，可得：

在本发明的递推计算过程中，为了保持数据长度，一方面要对数据增加新的一行，同时，另一方面要将原数据减少首行以便保持数据长度。

当[X_i-1,F_i-1]^T新增加一组数据[x_i,f_i]^T时，则增加后的数据满足：

对上述数据进一步减少首行[x_j,f_j]^T，即也是数据[X_i-1,F_i-1]^T首行，则修改后数据[X_i,F_i]^T满足：

其中，假定数据保留长度为a₂，则数据[X_i-1,F_i-1]^T的首项序号j＝i-a₂；

将式子(7)-(8)分别代入式(6)可得：

对式(9)运算求解可得：

对式(10)运算求解可得：

继续化简可得：

根据w＝2πf可得：

I为单位矩阵；

在本发明中，通过限定电力系统的数据项数，保持数据上限为a₂项，当数据量少于上限则直接求解参数的估计值，当数据量超过上限，则增加新项并删除首项保持数据长度。

一方面，对前项数据进行剔除，使得计算处理量变少，同时，由于电力系统是一个渐变系统，距离当前时间节点越远的数据准确性越低，将距离当前时刻的较远的数据进行剔除，有效提高系统精度。此外，通过公式两步求解，所获得的参数估计精度越较高，增强参数估计准确度。

具体而言，如图2所示，在本发明第一实例中，提供一种电力系统频率实时检测与辨识方法，所述方法包括：

步骤S1、定时对单相电力系统的电压值进行抽样，获得所述单相电力系统的电压采样序列u(k)；所述k为电压采样序列u(k)的采样序号，所述k为正整数，其中，采样周期为△t；

步骤S2、根据所述电压采样序列u(k)，求解第一输入序列x(i)以及第二响应序列f(i)；所述f(i)满足：f(i)＝u(i+2)+u(i)，所述x(i)满足：x(i)＝2u(i+1)；所述i为正整数；

步骤S3、确定辨识参数为η_i＝cosw△t；所述单相电力系统的第一输入序列x(i)以及第二响应序列f(i)满足：F_i＝X_iη_i；

其中，F_i＝(f(j) f(j+1) … f(i))^T，X_i＝(x(j) x(j+1) … x(i))^T；

步骤S4、响应于所述i满足：1≤a₁≤i≤a₂，则所述辨识参数的求解满足：所述a₁、a₂为预设正整数；

步骤S5、响应于所述i满足：i>a₂，则求解η_(i-1)在保留首项的情况下增加新项[X_i F_i]后η_{(i remain_first)}的估计值求解η_{(i remain_first)}去掉所述首项后η_(i)的估计值其中，

所述满足：

所述满足：

I为单位矩阵；

步骤S6、根据步骤S5或步骤S6所求得的求解获得电力系统频率f_i，所述f_i满足：

步骤S7、根据所述电力系统频率f_i，实时显示所述电力系统频率f_i的变化曲线。

在本实施例中，所述采样周期为△t为5ms-500ms。

在本实施例中，在所述步骤S7中，所述变化曲线的横坐标为时间t，纵坐标为所述电力系统频率f_i，相邻的所述电力系统频率f_i之间的时间差为所述采样周期△t。

在本实施例中，在所述步骤S5中，初始值满足：

如图1所示，在本发明第二实施例中，提供一种电力系统频率实时检测与辨识系统，所述系统包括：

数据采样模块101，用于定时对单相电力系统的电压值进行抽样，获得所述单相电力系统的电压采样序列u(k)；所述k为电压采样序列u(k)的采样序号，所述k为正整数，其中，采样周期为△t；

序列构建模块102，用于根据所述电压采样序列u(k)，求解第一输入序列x(i)以及第二响应序列f(i)；所述f(i)满足：f(i)＝u(i+2)+u(i)，所述x(i)满足：x(i)＝2u(i+1)；所述i为正整数；

辨识参数确定模块103，用于确定辨识参数为η_i＝cosw△t；所述单相电力系统的第一输入序列x(i)以及第二响应序列f(i)满足：F_i＝X_iη_i；

其中，F_i＝(f(j) f(j+1) … f(i))^T，X_i＝(x(j) x(j+1) … x(i))^T；

参数第一求解模块104，用于响应于所述i满足：1≤a₁≤i≤a₂，则所述辨识参数的求解满足：所述a₁、a₂为预设正整数；

参数第二求解模块105，用于响应于所述i满足：i>a₂，则求解η_(i-1)在保留首项的情况下增加新项[X_i F_i]后η_{(i remain_first)}的估计值求解η_{(i remain_first)}去掉所述首项后η_(i)的估计值其中，

所述满足：

所述满足：

I为单位矩阵；

频率求解模块106，用于根据所述参数第一求解模块或所述参数第二求解模块所求得的求解获得电力系统频率f_i，所述f_i满足：

频率监控模块107，用于根据所述电力系统频率f_i，实时显示所述电力系统频率f_i的变化曲线。

在本实施例中，所述采样周期为△t为5ms-500ms。

在本实施例中，所述变化曲线的横坐标为时间t，纵坐标为所述电力系统频率f_i，相邻的所述电力系统频率f_i之间的时间差为所述采样周期△t。

在本实施例中，所述参数第二求解模块105还包括初始值求解单元，用于求解初始值所述初始值 满足：

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种电力系统频率实时检测与辨识系统，其特征在于，所述系统包括：

数据采样模块，用于定时对单相电力系统的电压值进行抽样，获得所述单相电力系统的电压采样序列u(k)；所述k为电压采样序列u(k)的采样序号，所述k为正整数，其中，采样周期为△t；

序列构建模块，用于根据所述电压采样序列u(k)，求解第一输入序列x(i)以及第二响应序列f(i)；所述f(i)满足：f(i)＝u(i+2)+u(i)，所述x(i)满足：x(i)＝2u(i+1)；所述i为正整数；

辨识参数确定模块，用于确定辨识参数为η_i＝cosw△t；所述单相电力系统的第一输入序列x(i)以及第二响应序列f(i)满足：F_i＝X_iη_i；

其中，F_i＝(f(j) f(j+1) … f(i))^T，X_i＝(x(j) x(j+1) … x(i))^T；

参数第一求解模块，用于响应于所述i满足：1≤a₁≤i≤a₂，则所述辨识参数的求解满足：所述a₁、a₂为预设正整数；

参数第二求解模块，用于响应于所述i满足：i>a₂，则求解η_(i-1)在保留首项的情况下增加新项[X_i F_i]后η_{(iremain_first})的估计值求解η_{(iremain_first)}去掉所述首项后η_(i)的估计值其中，

所述满足：

所述满足：

I为单位矩阵；

频率求解模块，用于根据所述参数第一求解模块或所述参数第二求解模块所求得的求解获得电力系统频率f_i，所述f_i满足：

频率监控模块，用于根据所述电力系统频率f_i，实时显示所述电力系统频率f_i的变化曲线。

2.如权利要求1所述的一种电力系统频率实时检测与辨识系统，其特征在于，所述采样周期为△t为5ms-500ms。

3.如权利要求1所述的一种电力系统频率实时检测与辨识系统，其特征在于，所述变化曲线的横坐标为时间t，纵坐标为所述电力系统频率f_i，相邻的所述电力系统频率f_i之间的时间差为所述采样周期△t。

4.如权利要求1所述的一种电力系统频率实时检测与辨识系统，其特征在于，所述参数第二求解模块还包括初始值求解单元，用于求解初始值所述初始值满足：