CN111308202B - 一种基于谐波自适应检测方法的广谱同步相量采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于谐波自适应检测方法的广谱同步相量采集系统，属于电力系统技术领域。该系统包括授时单元、广谱信号采集单元、广谱向量接收与解析单元、数据模态自适应单元、广谱同步相量数据存储单元和数据管理单元等结构。本发明系统解决了原有WAMS系统无法监测超/次同步振荡的问题，实现了电力系统宽频信息的采集、存储，提高了电力系统运行数据的观测范围，为电力系统运行、分析、调度提供基础数据，保证电力系统的安全、稳定运行。

Description

一种基于谐波自适应检测方法的广谱同步相量采集系统

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种基于谐波自适应检测方法的广谱同步相量采集系统。

背景技术

电力系统同步相量测量装置Phasor Measurement Unit(PMU)用于进行同步相量的测量和输出以及进行动态记录的装置。PMU的核心特征包括基于标准时钟信号的同步相量测量、失去标准时钟信号的守时能力、PMU与主站之间能够实时通信并遵循有关通信协议。同步相量测量技术可以获得实时相角、频率和幅值，因此需要利用这些数据资源深入研究机电暂态过程中电力系统的运动轨迹，研究各控制环节对机组功角轨迹的影响。

授时系统是一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息。可以为科研、航天、航空、航海战略武器发射、民用各行业生产生活等各个领域，提供标准可靠的时钟信号。目前主流授时系统有全球定位系统(Global Po sitioning System，GPS)、北斗授时系统或伽利略授时系统。

WAMS(Wide Area Measurement System)广域监测系统，采用同步相角测量技术，通过逐步布局全网关键测点的同步相角测量单元(PMU)，实现对全网同步相角及电网主要数据的实时高速率采集。

随着新能源并网规模的扩大，对电能质量带来很大的影响，以风电为代表的新能源发电具有波动性、间歇性等特征，这些特征会造成并网风电机组输出功率的波动，进而引起严重的谐波问题。现有PMU装置及WAMS系统以测量基波相量为目标，没有考虑次同步和超同步谐波的影响，而且为了提高基波相量的测量精度，通常对其他分数次和整数次谐波要进行滤波，导致不能准确反应次同步和超同步谐波的动态，因此需要一种新的系统能够基于谐波自适应监测广谱同步相量。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于谐波自适应检测方法的广谱同步相量采集系统，通过该系统实现对动态判断电力系统中存在的谐波有针对性的进行采集、传输、存储，易于推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于谐波自适应检测方法的广谱同步相量采集系统，其特征在于，包括授时单元、广谱信号采集单元、广谱向量接收与解析单元、数据模态自适应单元、广谱同步相量数据存储单元和数据管理单元；

授时单元、广谱信号采集单元、广谱向量接收与解析单元、数据模态自适应单元、广谱同步相量数据存储单元和数据管理单元顺序连接；数据管理单元还与广谱向量接收与解析单元相连；

授时单元用于接收授时系统时间信号，再将时间信号转换为电信号或者光信号，发送给广谱信号采集单元，实现广谱同步相量采集系统的对时工作；

广谱信号采集单元用于电力系统广谱同步相量的采集，对采集得到的三相电压、三相电流采用频谱分析方法实时提取基波信号以及主要谐波频率信号，之后对基波信号以及主要谐波频率信号进行傅里叶变换得到三相电压相量、三相电流相量，进一步计算得到有功值、无功值；并把基波信号和主要谐波频率信号的三相电压相量、三相电流相量、有功值、无功值这些数据标记从授时单元中获取的时间信号，最后将这些带有时标的数据发送给广谱向量接收与解析单元；

广谱向量接收与解析单元用于将接收到的广谱信号采集单元发来的数据进行解析，得到带有时标的基波信号、主要谐波频率信号、三相电压相量、三相电流相量、有功值、无功值，并上述数据发送至数据模态自适应单元；

数据模态自适应单元用于基于广谱向量接收与解析单元传来的数据，并将这些数据存放到广谱同步相量数据存储单元；数据模态自适应单元根据频率信息判断出基波模态对应的三相电压相量、三相电流相量、有功值、无功值，并将这些数据存放到基波对应的模态时序空间中，根据主要谐波频率f(i)得到其模态时序空间N(i)＝INT(f(i)/F)，将其对应的三相电压相量、三相电流相量、有功值、无功值将存储到广谱同步相量数据存储单元的第N(i)个模态时序空间中；其中，i为0表示为基波对应数据，i为自然数表示谐波对应数据，f(i)为第i个谐波频率，N(i)为f(i)谐波对应的模态时序空间序号，F为模态观测分辨率；

数据管理单元用于实现广谱同步相量数据存储单元的模态时序空间的管理，广谱向量接收与解析单元的通道及协议管理。

进一步，优选的是，广谱同步相量数据存储单元中的模态时序空间个数为N；

N＝M/F；

其中，M为观测模态范围，F为模态观测分辨率。

进一步，优选的是，授时单元从如下授时系统接受时间信号：全球定位系统、北斗授时系统或伽利略授时系统。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明提供一种基于谐波自适应检测方法的广谱同步相量采集系统，解决了原有WAMS系统无法监测超/次同步振荡的问题，实现了电力系统宽频信息的采集、存储，打破了原有只能监测基波同步相量数据的限制，提高了电力系统运行数据的观测范围，为电力系统运行、分析、调度提供基础数据，保证电力系统的安全、稳定运行。

附图说明

图1为本发明基于谐波自适应检测方法的广谱同步相量采集系统的结构示意图；

其中，100、授时单元；200、广谱信号采集单元；300、广谱向量接收与解析单元；400、数据模态自适应单元；500、广谱同步相量数据存储单元；600、数据管理单元，其中箭头方向为数据或信号走向。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

一种基于谐波自适应检测方法的广谱同步相量采集系统，其特征在于，包括授时单元100、广谱信号采集单元200、广谱向量接收与解析单元300、数据模态自适应单元400、广谱同步相量数据存储单元500和数据管理单元600；

授时单元100、广谱信号采集单元200、广谱向量接收与解析单元300、数据模态自适应单元400、广谱同步相量数据存储单元500和数据管理单元600顺序连接；数据管理单元600还与广谱向量接收与解析单元300相连；

授时单元100用于接收GPS系统时间信号，再将时间信号转换为电信号，发送给广谱信号采集单元200，实现广谱同步相量采集系统的对时工作，为广谱相量系统提供精确时标；

广谱信号采集单元200用于电力系统广谱同步相量的采集，对采集得到的三相电压、三相电流采用频谱分析方法实时提取基波信号以及主要谐波频率信，主要谐波频率信号指的是幅值排名前Ns的谐波频率信号(优选，Ns为4)，之后对基波信号以及主要谐波频率信号进行傅里叶变换得到三相电压相量V(0)，V(1)，V(2)V(3)V(4)、三相电流相量I(0)，I(1)，I(2)，I(3)，I(4)，进一步计算得到有功值P(0)，P(1)，P(2)，P(3)，P(4)、无功值Q(0)，Q(1)，Q(2)，Q(3)，Q(4)；并把基波信号和主要谐波频率信号的三相电压相量、三相电流相量、有功值、无功值这些数据标记从授时单元100中获取的时间信号，最后将这些带有时标的数据发送给广谱向量接收与解析单元300；

广谱向量接收与解析单元300用于接收广谱信号采集单元200发来的报文数据，再根据每个通道特定的协议进行解析，得到带有时标的基波信号、主要谐波频率信号、三相电压相量、三相电流相量、有功值、无功值，并上述数据发送至数据模态自适应单元400；

数据模态自适应单元400用于基于广谱向量接收与解析单元300传来的数据，并将这些数据存放到广谱同步相量数据存储单元500；数据模态自适应单元400根据频率信息判断出基波模态对应的三相电压相量、三相电流相量、有功值、无功值，并将这些数据存放到基波对应的模态时序空间中，根据主要谐波频率f(1)＝30.3Hz，可得到其模态时序空间

N(1)＝INT(f(1)/F)＝INT(30.3/1)＝30

将其对应的三相电压相量、三相电流相量、有功值、无功值将存储到广谱同步相量数据存储单元的第30个模态时序空间中；F为模态观测分辨率(优选为1)；

广谱同步相量数据存储单元500中的模态时序空间个数为N；

N＝M/F；

其中，M为观测模态范围，取0～100Hz，F为模态观测分辨率，取1Hz。

数据管理单元600用于实现广谱同步相量数据存储单元500的模态时序空间的管理，广谱向量接收与解析单元300的通道及协议管理。每个通道对应一个具体的通信协议，通信协议是多变的，可根据具体应用场景定义。

授时单元100从如下授时系统接受时间信号：全球定位系统、北斗授时系统或伽利略授时系统。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种基于谐波自适应检测方法的广谱同步相量采集系统，其特征在于，包括授时单元（100）、广谱信号采集单元（200）、广谱向量接收与解析单元（300）、数据模态自适应单元（400）、广谱同步相量数据存储单元（500）和数据管理单元（600）；

授时单元（100）、广谱信号采集单元（200）、广谱向量接收与解析单元（300）、数据模态自适应单元（400）、广谱同步相量数据存储单元（500）和数据管理单元（600）顺序连接；数据管理单元（600）还与广谱向量接收与解析单元（300）相连；

授时单元（100）用于接收授时系统时间信号，再将时间信号转换为电信号或者光信号，发送给广谱信号采集单元（200），实现广谱同步相量采集系统的对时工作；

广谱信号采集单元（200）用于电力系统广谱同步相量的采集，对采集得到的三相电压、三相电流采用频谱分析方法实时提取基波信号以及主要谐波频率信号，之后对基波信号以及主要谐波频率信号进行傅里叶变换得到三相电压相量、三相电流相量，进一步计算得到有功值、无功值；并把基波信号和主要谐波频率信号的三相电压相量、三相电流相量、有功值、无功值这些数据标记从授时单元（100）中获取的时间信号，最后将这些带有时标的数据发送给广谱向量接收与解析单元（300）；

广谱向量接收与解析单元（300）用于将接收到的广谱信号采集单元（200）发来的数据进行解析，得到带有时标的基波信号、主要谐波频率信号、三相电压相量、三相电流相量、有功值、无功值，并上述数据发送至数据模态自适应单元（400）；

数据模态自适应单元（400）用于基于广谱向量接收与解析单元（300）传来的数据，并将这些数据存放到广谱同步相量数据存储单元（500）；数据模态自适应单元（400）根据频率信息判断出基波模态对应的三相电压相量、三相电流相量、有功值、无功值，并将这些数据存放到基波对应的模态时序空间中，根据主要谐波频率f(i)得到其模态时序空间N(i)=INT(f(i)/F)，将其对应的三相电压相量、三相电流相量、有功值、无功值将存储到广谱同步相量数据存储单元的第N(i)个模态时序空间中；其中，i为0表示为基波对应数据，i为自然数表示谐波对应数据，f(i)为第i个谐波频率，N(i)为f(i)谐波对应的模态时序空间序号，F为模态观测分辨率；

数据管理单元（600）用于实现广谱同步相量数据存储单元（500）的模态时序空间的管理，广谱向量接收与解析单元（300）的通道及协议管理。

2.根据权利要求1所述的基于谐波自适应检测方法的广谱同步相量采集系统，其特征在于，广谱同步相量数据存储单元（500）中的模态时序空间个数为N；

N=M/F；

其中，M为观测模态范围，F为模态观测分辨率。

3.根据权利要求1所述的基于谐波自适应检测方法的广谱同步相量采集系统，其特征在于，授时单元（100）从如下授时系统接受时间信号：全球定位系统、北斗授时系统或伽利略授时系统。

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