CN111948454B - 一种抗衰减直流分量干扰的同步相量测量方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种抗衰减直流分量干扰的同步相量测量方法及系统，在待测信号上进行全波离散傅里叶变换，然后从其计算过程中提取四个半波离散傅里叶变换结果；基于所提取的四个半波离散傅里叶变换结果，计算出衰减直流分量在相量测量结果中造成的误差，并除去所述误差；能够解决电力系统发生故障时传统的基于离散傅里叶变换的同步相量测量算法无法应对故障信号中存在的衰减直流分量的问题。
Description
技术领域
本公开属于同步相量测量技术领域，涉及一种抗衰减直流分量干扰的同步相量测量方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
对电力系统的运行状态进行监测是电力系统保护和控制的前提。同步相量的测量在电力系统运行状态监测中起到至关重要的作用，在输电网和配电网的故障识别中被广泛应用。高度互联的现代电力系统在发生故障后如果不能及时准确地将其识别，隔离以及清除，系统的安全稳定运行就会遭到威胁，这对电力系统同步相量的测量提出了更加严峻的挑战。离散傅里叶变换因其低计算负担，低延迟和易于实现成为了目前最广为使用的同步相量测量算法，但在电力系统发生故障后，其故障电流中可能含有衰减直流分量，这将在传统的基于离散傅里叶变换的同步相量测量结果中造成很大的误差。这是因为衰减直流分量的频谱覆盖整个频域，而且频率越低，其谱线幅值就越高，这就导致衰减直流分量的信息将出现在基频分量中，进而在相量测量结果中造成误差。
针对这一问题，已有一些研究对传统的基于离散傅里叶变换的同步相量测量算法做出了改进。这些改进算法大致可以分为三类：第一类算法先估计出衰减直流分量在相量测量结果中造成的误差，然后将其从中去除；第二类算法通过设计滤波手段将衰减直流分量从待测信号中滤除，然后再使用离散傅里叶变换进行相量测量；第三类算法基于传统离散傅里叶变换算法推导改进公式，再基于这些公式直接用待测信号测量出相量。这些改进算法在信号中含有衰减直流分量时相比传统的离散傅里叶变换实现了更高的精度，但它们仍有诸多缺陷：其一，一些改进算法只能应对某一类衰减直流分量提高相量测量精度，比如时间常数较大的衰减直流分量或时间常数限定于某一范围的衰减直流分量；其二，大部分改进算法只针对衰减直流分量问题，而缺乏抗噪声能力；其三，相当一部分改进算法使用复杂的数学操作提高相量测量精度，这使得算法给实际应用带来沉重的计算负担。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种抗衰减直流分量干扰的同步相量测量方法及系统，本公开能应对各种时间参数的衰减直流分量，具有良好的抗噪声性能，并且计算负担较轻，能解决电力系统发生故障时传统的基于离散傅里叶变换的同步相量测量算法无法应对故障信号中存在的衰减直流分量的问题。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种抗衰减直流分量干扰的同步相量测量方法，包括以下步骤：
在待测信号上进行全波离散傅里叶变换，然后从其计算过程中提取四个半波离散傅里叶变换结果；
基于所提取的四个半波离散傅里叶变换结果，计算出衰减直流分量在相量测量结果中造成的误差，并除去所述误差。
作为可选择的实施方式，在待测信号上进行全波离散傅里叶变换的具体过程包括：截取一段长度为一个基频周期的信号，将对截取的长度为一个基频周期的信号进行的全波离散傅里叶变换计算过程分为前后两段，每段长度为半个基频周期，分别进行计算。
作为进一步的限定，将前一半计算的结果取出，其值等于将前半段半个基频周期长度的信号进行传统半波离散傅里叶变换得到的结果，将后一半计算的结果取相反数，其值等于后半段半个基频周期长度的信号进行传统半波离散傅里叶变换得到的结果，将两次结果分别取共轭复数，得到前半段半个基频周期长度的信号进行基向量取共轭的半波离散傅里叶变换得到的结果，以及后半段半个基频周期长度的信号进行基向量取共轭的半波离散傅里叶变换得到的结果。
作为可选择的实施方式，提取4个半波离散傅里叶变换结果，分别为前半段全波离散傅里叶变换计算过程中得到的结果、后半段全波离散傅里叶变换计算过程中得到的结果的相反数，以及前两个结果的共轭复数。
作为可选择的实施方式，将前半段、后半段半波离散傅里叶变换得到的结果相加，相应的共轭复数相加，将两次相加之和相除，基于前半段、后半段半波离散傅里叶变换得到的结果，以及相除结果，确定衰减直流分量造成的相量测量误差。
一种抗衰减直流分量干扰的同步相量测量系统，包括：
傅里叶变换模块，被配置为在待测信号上进行全波离散傅里叶变换，然后从其计算过程中提取多个半波离散傅里叶变换结果；
计算模块，被配置为基于所提取的多个半波离散傅里叶变换结果，计算出衰减直流分量在相量测量结果中造成的误差，并除去所述误差。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种抗衰减直流分量干扰的同步相量测量方法。
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种抗衰减直流分量干扰的同步相量测量方法。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开可以应对具有各种时间参数和幅值的衰减直流分量，实现较高的同步相量测量精度。
本公开具有良好的抗噪声性能，在待测信号中含有背景噪声和脉冲噪声时均可相对现有算法实现更高精度。
本公开计算量较小，除一次全波离散傅里叶变换外，仅需进行简单的运算即可获得结果。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1是本实施例的流程示意图。
具体实施方式：
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种抗衰减直流分量干扰的同步相量测量方法，如图1所示，包含以下步骤：
S1：在待测信号上进行全波离散傅里叶变换，然后从其计算过程中提取4个半波离散傅里叶变换结果，具体操作为：
截取一段长度为一个基频周期的待测信号，可表示为：
其中A1为基频分量的幅值，θ1为基频分量的相角，N为每个基频周期的采样点数，B为衰减直流分量的幅值，Ts为采样间隔，τ为衰减直流分量的时间常数，对其进行全波离散傅里叶变换，操作如下：
其中I是相量的测量值，而I1和IDDC分别是相量的理论值和衰减直流分量造成的误差，IDDC是一个级数之和：
其中
然后将对截取的长度为一个基频周期的信号进行的全波离散傅里叶变换计算过程分为前后两段，每段长度为半个基频周期，具体操作为：
将前一半计算的结果取出，其值等于将前半段半个基频周期长度的信号进行传统半波离散傅里叶变换得到的结果，记为Iformer，将后一半计算的结果取相反数，其值等于后半段半个基频周期长度的信号进行传统半波离散傅里叶变换得到的结果，记为Ilatter；然后将Iformer和Ilatter分别取共轭复数，便可得到前半段半个基频周期长度的信号进行基向量取共轭的半波离散傅里叶变换得到的结果，记为I’former，以及后半段半个基频周期长度的信号进行基向量取共轭的半波离散傅里叶变换得到的结果，记为I’latter；
S2：利用所述算法给出的公式，使用这4个半波离散傅里叶变换结果计算出衰减直流分量在相量测量结果中造成的误差并将其除去，具体操作为：
得到的4个半波离散傅里叶变换结果分别可表示为：
首先将Iformer和Ilatter相加，再将I’former和I’latter相加，然后将两和相除：
由此再求出E:
衰减直流分量造成的相量测量误差IDDC可以由Iformer，Ilatter和E计算得到并在相量测量结果中予以消除，操作步骤为：
I1＝I-IDDC
最终得到不受衰减直流分量影响的高精度同步相量测量结果I1。
还提供以下产品实施例：
一种抗衰减直流分量干扰的同步相量测量系统，包括：
傅里叶变换模块，被配置为在待测信号上进行全波离散傅里叶变换，然后从其计算过程中提取多个半波离散傅里叶变换结果；
计算模块，被配置为基于所提取的多个半波离散傅里叶变换结果，计算出衰减直流分量在相量测量结果中造成的误差，并除去所述误差。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种抗衰减直流分量干扰的同步相量测量方法。
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种抗衰减直流分量干扰的同步相量测量方法。
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开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，本公开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。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、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。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (4)
1.一种抗衰减直流分量干扰的同步相量测量方法，其特征是：包括以下步骤：
在待测信号上进行全波离散傅里叶变换，然后从其计算过程中提取四个半波离散傅里叶变换结果；
在待测信号上进行全波离散傅里叶变换的具体过程包括：截取一段长度为一个基频周期的信号，将对截取的长度为一个基频周期的信号进行的全波离散傅里叶变换计算过程分为前后两段，每段长度为半个基频周期，分别进行计算；
将前一半计算的结果取出，其值等于将前半段半个基频周期长度的信号进行传统半波离散傅里叶变换得到的结果，将后一半计算的结果取相反数，其值等于后半段半个基频周期长度的信号进行传统半波离散傅里叶变换得到的结果，将两次结果分别取共轭复数，得到前半段半个基频周期长度的信号进行基向量取共轭的半波离散傅里叶变换得到的结果，以及后半段半个基频周期长度的信号进行基向量取共轭的半波离散傅里叶变换得到的结果；
将前半段、后半段半波离散傅里叶变换得到的结果相加，相应的共轭复数相加，将两次相加之和相除，基于前半段、后半段半波离散傅里叶变换得到的结果，以及相除结果，确定衰减直流分量造成的相量测量误差；
基于所提取的四个半波离散傅里叶变换结果，计算出衰减直流分量在相量测量结果中造成的误差，并除去所述误差。
2.一种抗衰减直流分量干扰的同步相量测量系统，其特征是：包括：
傅里叶变换模块，被配置为在待测信号上进行全波离散傅里叶变换，然后从其计算过程中提取多个半波离散傅里叶变换结果；
在待测信号上进行全波离散傅里叶变换的具体过程包括：截取一段长度为一个基频周期的信号，将对截取的长度为一个基频周期的信号进行的全波离散傅里叶变换计算过程分为前后两段，每段长度为半个基频周期，分别进行计算；
将前一半计算的结果取出，其值等于将前半段半个基频周期长度的信号进行传统半波离散傅里叶变换得到的结果，将后一半计算的结果取相反数，其值等于后半段半个基频周期长度的信号进行传统半波离散傅里叶变换得到的结果，将两次结果分别取共轭复数，得到前半段半个基频周期长度的信号进行基向量取共轭的半波离散傅里叶变换得到的结果，以及后半段半个基频周期长度的信号进行基向量取共轭的半波离散傅里叶变换得到的结果；
将前半段、后半段半波离散傅里叶变换得到的结果相加，相应的共轭复数相加，将两次相加之和相除，基于前半段、后半段半波离散傅里叶变换得到的结果，以及相除结果，确定衰减直流分量造成的相量测量误差；
计算模块，被配置为基于所提取的多个半波离散傅里叶变换结果，计算出衰减直流分量在相量测量结果中造成的误差，并除去所述误差。
3.一种计算机可读存储介质，其特征是：其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1中所述的一种抗衰减直流分量干扰的同步相量测量方法。
4.一种终端设备，其特征是：包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1中所述的一种抗衰减直流分量干扰的同步相量测量方法。
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