CN111896803A - 一种电力系统频率检测方法、计算机可读存储介质及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统频率检测方法、计算机可读存储介质及装置，检测包括以下步骤：(1)采样电压信号；(2)信号延时；(3)合成虚拟三相信号；(4)两项静止坐标变换；(5)计算电压信号幅值；(6)计算电压信号角频率；(7)电压信号频率校正。考虑到电力系统中发生频率最高的故障为单相故障，因此所提方法基于单相频率检测方法，分别检测A、B、C各相频率。为提高频率检测速度，所提方法取消了反馈回路和PI调节过程，仅采用信号延时和三角函数运算，缩短了频率检测的暂态时间。为提高频率检测精度，所提方法根据目标信号频率与实测频率拟合校正函数，减小了频率检测误差，改善了方法的多工况适应性。

Description

一种电力系统频率检测方法、计算机可读存储介质及装置

技术领域

本发明涉及一种频率检测方法，尤其涉及一种电力系统频率检测方法及装置。

背景技术

风能和太阳能为代表的新能源发电具有天然的波动性和间歇性，其并网运行时其输出功率存在较大不确定性，使电网频率震荡和偏移事件愈发频繁，自动发电控制发出的功率指令对调频系统的响应时延及爬坡速率要求更为严格。

储能装置作为一种快速可控的功率源，不但可以提高调频机组暂态性能，促进区域电网频率稳定，而且还可作为电能质量治理、削峰填谷等措施。储能装置辅助调频机组参与频率调节时，系统充放电时间短、次数多，这对储能单元的功率吞吐能力、循环寿命提出了较高要求。与充放电速度受电化学反应限制的锂电池相比，超级电容的充放电速度更快，效率更高，循环寿命更是可达50万次左右，基本可保证在寿命周期内不需维护。

当储能装置参与频率调节时，频率检测的速度与精度很大程度上影响了储能装置的动作时刻与调节精度，快速、精确的频率检测是储能装置优化火电机组出力曲线的前提。频率检测算法一般由基波分量提取、正序分量提取、频率与相角提取构成，其中正序分量提取过程复杂，频率与相角提取一般由同步锁相环完成。当电压信号存在谐波与突变时，需要降低同步锁相环带宽，引起检测频率失真与相角滞后，使检测结果与实际工况不符。基于傅里叶变换的检测算法需要经过傅里叶分解和加窗处理，容易产生频谱泄漏、混叠现象和栅极效应。且傅立叶变换要求信号具有线性和稳定性，但电网电压信号稳态时通常含有背景噪声，暂态时出现信号突变且含有衰减的高频信号，难以满足线性和稳定性要求，因此傅里叶变换法难以实时、准确地测量电网电压频率特征。如何根据实际运行工况的电压信号特征快速、准确地提取频率与相位信号，并将其应用至辅助调频应用场合以提高系统频率稳定性，尚有较多问题亟待解决。

发明内容

发明目的：针对电压频率检测的速度慢、计算复杂、精度较差的问题，本发明提出一种电力系统频率检测方法，能够快速、精确地完成电力系统频率的检测。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种电力系统频率检测方法，包括以下步骤：

(1)采样电力系统的电压信号；

(2)所述电压信号延长一个延时时间Δt；

(3)合成所述电压信号的虚拟三相信号；合成所述电压信号的虚拟三相信号的表达式为：

式中，u_a′、u_b′、u_c′为虚拟三相信号，u_in为采样所得电压信号，u_in(t-Δt)为经过延时的电压信号，ω_ref为电压信号角频率参考值。

(4)将虚拟三相信号变换至两相静止坐标系；

(5)计算电压信号角频率估计值；电压信号角频率估计值ω为：

式中，u_β′为u_a′、u_b′、u_c′经两项静止坐标变换后所得β轴电压信号，u_β′(t-Δt)为经过延时的u_β′，V_in为电压信号幅值。

(6)根据频率检测误差校正电压信号角频率估计值，得到电压信号频率。校正表达式为：

式中，f_in为电压信号频率，ω为电压信号角频率估计值。

本发明提出一种执行上述方法的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有电力系统频率检测程序，所述电力系统频率检测程序执行以下步骤：

(1)调取电力系统的电压信号；

(2)所述电压信号延长一个延时时间Δt；

(3)合成所述电压信号的虚拟三相信号：

式中，u_a′、u_b′、u_c′为虚拟三相信号，u_in为采样所得电压信号，u_in(t-Δt)为经过延时的电压信号，ω_ref为电压信号角频率参考值；

(4)将虚拟三相信号变换至两相静止坐标系；

(5)计算电压信号角频率估计值：

式中，u_β′为u_a′、u_b′、u_c′经两项静止坐标变换后所得β轴电压信号，u_β′(t-Δt)为经过延时的u_β′，V_in为电压信号幅值；

(6)调用频率检测误差来校正电压信号角频率估计值，得到电压信号频率。

本发明还提出了一种电力系统频率检测装置，包括信号采集模块和信号处理模块，所述信号采集模块用于采样电力系统的电压信号并发送至信号处理模块，所述信号处理模块执行以下步骤：

(1)所述电压信号延长一个延时时间Δt；

(2)合成所述电压信号的虚拟三相信号；

(3)将虚拟三相信号变换至两相静止坐标系；

(4)计算电压信号角频率估计值；

(5)根据频率检测误差校正电压信号角频率估计值，得到电压信号频率。

其中，所述步骤(3)合成所述电压信号的虚拟三相信号为：

式中，u_a′、u_b′、u_c′为虚拟三相信号，u_in为采样所得电压信号，u_in(t-Δt)为经过延时的电压信号，ω_ref为电压信号角频率参考值。

其中，步骤(5)所述的电压信号角频率估计值ω为：

式中，u_β′为u_a′、u_b′、u_c′经两项静止坐标变换后所得β轴电压信号，u_β′(t-Δt)为经过延时的u_β′，V_in为电压信号幅值。

其中，步骤(6)中所述的根据频率检测误差校正电压信号角频率估计值，校正表达式为：

式中，f_in为电压信号频率，ω为电压信号角频率估计值。

有益效果：相比于现有技术，本发明具有以下优点：(1)取消了反馈回路和PI调节过程，仅采用信号延时和三角函数运算，缩短了频率检测的暂态时间；(2)所提方法根据目标信号频率与实测频率拟合校正函数，减小了频率检测误差，改善了方法的多工况适应性；(3)可依次检测各相电压频率，便于快速发现单相故障。

附图说明

图1是本发明所述的频率检测流程图；

图2是本发明所述的频率检测误差。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明所述的一种电力系统频率检测方法，流程参见图1，包括以下步骤：

(1)采样电力系统的电压信号。通过信号采集模块，如电压采集模块采集电力系统的电压信号。

采样所得电压信号的一般表达式为

式中，u_in为采样信号，V_in为电压幅值，ω_in为电压频率，

为初相位。

(2)将采样的电压信号延时。

所得电压信号延时一个延时时间Δt，一般Δt取一个采样周期或某特定时间。

(3)合成采样电压信号的虚拟三相信号。

根据采样信号合成虚拟三相信号表达式为：

式中，u_a′、u_b′、u_c′为虚拟三相信号，u_in(t-Δt)为经过延时的电压信号，ω_ref为电压信号角频率参考值。

(4)将虚拟三相信号变换至两相静止坐标系；

采用三相静止旋转变换，虚拟三相信号变换为两相信号：

(5)计算电压信号角频率估计值。

用两相旋转变换将虚拟三相信号变换至两相静止坐标系后，电压信号幅值与两相信号坐标关系为

式中，V_in为计算所得电压信号幅值，u_α′为u_a′、u_b′、u_c′经两项静止坐标变换后所得α轴电压信号，ω为矫正前的电压信号角频率参考值，u_α′(t-Δt)为经过延时的u_α′。

(6)电压信号角频率估计值的表达式为

式中，u_β′为u_a′、u_b′、u_c′经两项静止坐标变换后所得β轴电压信号，u_β′(t-Δt)为经过延时的u_β′。

(7)电压信号频率校正。等式(5)所得频率估计值与真实值的误差见图2。根据图2拟合校正函数来校正电压信号角频率估计值，得到电压信号频率f_in：

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

Claims (10)

1.一种电力系统频率检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采样电力系统的电压信号；

(2)所述电压信号延长一个延时时间Δt；

(3)合成所述电压信号的虚拟三相信号；

(4)将虚拟三相信号变换至两相静止坐标系；

(5)计算电压信号角频率估计值；

(6)根据频率检测误差校正电压信号角频率估计值，得到电压信号频率。

2.根据权利要求1所述的电力系统频率检测方法，其特征在于，所述步骤(3)合成所述电压信号的虚拟三相信号为：

式中，u_a′、u_b′、u_c′为虚拟三相信号，u_in为采样所得电压信号，u_in(t-Δt)为经过延时的电压信号，ω_ref为电压信号角频率参考值。

3.根据权利要求1所述的电力系统频率检测方法，其特征在于：步骤(5)所述的电压信号角频率估计值ω为：

式中，u_β′为u_a′、u_b′、u_c′经两项静止坐标变换后所得β轴电压信号，u_β′(t-Δt)为经过延时的u_β′，V_in为电压信号幅值。

4.根据权利要求1所述的电力系统频率检测方法，其特征在于，步骤(6)中所述的根据频率检测误差校正电压信号角频率估计值，校正表达式为：

式中，f_in为电压信号频率，ω为电压信号角频率估计值。

5.根据权利要求1所述的电力系统频率检测方法，其特征在于：步骤(2)中所述延时时间Δt取一个采样周期或设定某时间。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有电力系统频率检测程序，所述电力系统频率检测程序执行以下步骤：

(1)调取电力系统的电压信号；

(2)所述电压信号延长一个延时时间Δt；

(3)合成所述电压信号的虚拟三相信号：

式中，u_a′、u_b′、u_c′为虚拟三相信号，u_in为采样所得电压信号，u_in(t-Δt)为经过延时的电压信号，ω_ref为电压信号角频率参考值；

(4)将虚拟三相信号变换至两相静止坐标系；

(5)计算电压信号角频率估计值：

式中，u_β′为u_a′、u_b′、u_c′经两项静止坐标变换后所得β轴电压信号，u_β′(t-Δt)为经过延时的u_β′，V_in为电压信号幅值；

(6)调用频率检测误差来校正电压信号角频率估计值，得到电压信号频率。

7.一种电力系统频率检测装置，其特征在于，包括信号采集模块和信号处理模块，所述信号采集模块用于采样电力系统的电压信号并发送至信号处理模块，所述信号处理模块执行以下步骤：

(1)所述电压信号延长一个延时时间Δt；

(2)合成所述电压信号的虚拟三相信号；

(3)将虚拟三相信号变换至两相静止坐标系；

(4)计算电压信号角频率估计值；

(5)根据频率检测误差校正电压信号角频率估计值，得到电压信号频率。

8.根据权利要求7所述的电力系统频率检测装置，其特征在于，所述步骤(3)合成所述电压信号的虚拟三相信号为：

式中，u_a′、u_b′、u_c′为虚拟三相信号，u_in为采样所得电压信号，u_in(t-Δt)为经过延时的电压信号，ω_ref为电压信号角频率参考值。

9.根据权利要求7所述的电力系统频率检测装置，其特征在于：步骤(5)所述的电压信号角频率估计值ω为：

式中，u_β′为u_a′、u_b′、u_c′经两项静止坐标变换后所得β轴电压信号，u_β′(t-Δt)为经过延时的u_β′，V_in为电压信号幅值。

10.根据权利要求7所述的电力系统频率检测装置，其特征在于，步骤(6)中所述的根据频率检测误差校正电压信号角频率估计值，校正表达式为：

式中，f_in为电压信号频率，ω为电压信号角频率估计值。

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