CN112067927A - 中高频振荡检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种中高频振荡检测方法及装置。所述方法包括：利用抗混叠滤波器对输入的三相电压电流信号进行低通滤波，利用数模转换器进行采样；根据对称分量法对采样后的三相电压电流信号进行坐标变换，得到含正负序分量信号；将一个基波周波作为时间窗的长度，对含正负序分量信号进行基于加窗离散傅里叶变换，得到基波参数；利用基波参数构造基波信号，通过作差法将基波信号滤除；对滤除基波信号的含正负序分量信号进行插值离散傅里叶变换，确定中高频振荡频率。本发明有效减少信号频谱间的相互干扰，在保证检测准确率的同时，实现了中高频振荡频率的快速检测，为振荡的抑制提供了准确的信息，确保电力系统安全稳定运行。

Description

中高频振荡检测方法及装置
技术领域
本发明涉及振荡检测技术领域，尤指一种中高频振荡检测方法及装置。
背景技术
近年来，柔性直流输电系统(以下简称柔直系统)引发的电力系统中高频振荡事件频发。由于检测得到的振荡频率信息将用于振荡的抑制，因此要求检测算法的响应时间非常短。根据实际应用需求，一般要求响应时间不超过20ms。这对振荡频率检测算法的时间窗长度提出了很高的要求，而频率检测准确度要求较为宽松。一般而言，算法响应时间与算法时间窗长度直接相关。时间窗越短，算法响应时间越短。按照以上给出的响应时间需求，算法时间窗不能超过一个基波周波；而振荡频率检测误差不超过20Hz即可满足需求。
针对中高频振荡的快速检测，目前的检测方法采用的时间窗长度过程，有些文献中的时间窗长度达到了10个基波周波，导致其响应时间达到了200ms，显然不能满足实际应用需求。虽然还有文献针对次/超同步振荡的提出了检测方法，但这些方法并不能直接应用于中高频振荡的快速检测。原因在于：次/超同步振荡的频率小于100Hz，相应的电压电流信号振荡分量(次/超同步间谐波分量)的频率与中高频振荡分量的频率差别较大，因此次/超同步振荡检测方法并不适合用于中高频振荡检测；这些方法一般是面向监测类应用而设计的，因此检测算法的时间窗均较长，导致算法的响应时间不能满足快速检测的需求，从而不能应用于中高频振荡检测。
因此，非常有必要实现这种中高频(100--数千Hz)振荡频率的快速检测，从而为振荡的抑制提供准确的信息，确保电力系统安全稳定运行。
发明内容
本发明实施例的主要目的在于提供一种中高频振荡检测方法及装置，实现缩短检测算法的响应时间，保证中高频振荡快速检测，确保电力系统安全稳定运行。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种中高频振荡检测方法，所述方法包括：
利用抗混叠滤波器对输入的三相电压电流信号进行低通滤波，并利用数模转换器对低通滤波后的三相电压电流信号进行采样；
根据对称分量法对采样后的三相电压电流信号进行坐标变换，得到含正负序分量信号；
将一个基波周波作为时间窗的长度，对所述含正负序分量信号进行基于加窗离散傅里叶变换，得到基波参数；
利用所述基波参数构造基波信号，通过作差法将所述基波信号从所述含正负序分量信号中滤除；
对滤除基波信号的含正负序分量信号进行插值离散傅里叶变换，确定中高频振荡频率。
可选的，在本发明一实施例中，所述一个基波周波为20ms。
可选的，在本发明一实施例中，所述基波参数包括基波幅值、基波相位及基波频率。
可选的，在本发明一实施例中，所述方法还包括：根据所述中高频振荡频率进行振荡抑制。
本发明实施例还提供一种中高频振荡检测装置，所述装置包括：
滤波采样模块，用于利用抗混叠滤波器对输入的三相电压电流信号进行低通滤波，并利用数模转换器对低通滤波后的三相电压电流信号进行采样；
对称分量模块，用于根据对称分量法对采样后的三相电压电流信号进行坐标变换，得到含正负序分量信号；
基波参数模块，用于将一个基波周波作为时间窗的长度，对所述含正负序分量信号进行基于加窗离散傅里叶变换，得到基波参数；
基波滤除模块，用于利用所述基波参数构造基波信号，通过作差法将所述基波信号从所述含正负序分量信号中滤除；
频率确定模块，用于对滤除基波信号的含正负序分量信号进行插值离散傅里叶变换，确定中高频振荡频率。
可选的，在本发明一实施例中，所述一个基波周波为20ms。
可选的，在本发明一实施例中，所述基波参数包括基波幅值、基波相位及基波频率。
可选的，在本发明一实施例中，所述装置还包括：振荡抑制模块，用于根据所述中高频振荡频率进行振荡抑制。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
本发明采用对称分量法对三相电压电流信号进行变换，从而有效减少信号频谱间的相互干扰，并且经过基波滤波后再进行振荡频率计算，在保证检测准确率的同时，实现了中高频振荡频率的快速检测，从而为振荡的抑制提供了准确的信息，确保电力系统安全稳定运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种中高频振荡检测方法的流程图；
图2为本发明一具体实施例中中高频振荡检测的流程图；
图3为本发明实施例一种中高频振荡检测装置的结构示意图；
图4为本发明一实施例所提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种中高频振荡检测方法及装置。
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。
一般而言，振荡频率检测算法的响应时间与算法时间窗长度直接相关。采用较短的算法时间窗可保证算法的响应时间较短。但这又会造成电压电流信号中各分量的频谱相互干扰，影响振荡频率检测准确度。因此，在非常短的时间窗内，如何减少各频谱分量间的相互干扰成为设计振荡频率检测算法的关键。
如图1所示为本发明实施例一种中高频振荡检测方法的流程图，图中所示方法包括：
步骤S1，利用抗混叠滤波器对输入的三相电压电流信号进行低通滤波，并利用数模转换器对低通滤波后的三相电压电流信号进行采样。
其中，采用抗混叠滤波器对输入的电压电流信号进行低通滤波，从而避免混叠效应。需要说明的是，这里的抗混叠滤波器的截止频率应大于最高振荡频率，以免将中高频振荡分量滤除，从而对中高频振荡频率检测产生影响。接着，采用模数转换器对滤波后的三相电压电流信号进行采样。
步骤S2，根据对称分量法对采样后的三相电压电流信号进行坐标变换，得到含正负序分量信号。
其中，设发生中高频振荡时，ABC三相的电压电流信号为：
Figure BDA0002672930090000041
Figure BDA0002672930090000042
Figure BDA0002672930090000043
其中，Ts为信号采样时间间隔；X、Xi和X-i分别为基波、振荡分量及其对偶分量的有效值；f和fi分别代表基波和振荡分量的频率；
Figure BDA0002672930090000044
和
Figure BDA0002672930090000045
分别为基波、振荡分量及其对偶分量的相位；下标A、B和C分别代表对应的信号为A、B和C三相信号。采用对称分量法对上述三相信号进行如下处理：
Figure BDA0002672930090000046
其中，α＝ej120°为旋转因子。经推导后容易得到含正负序分量信号：
Figure BDA0002672930090000047
从式(5)可以发现，相比信号xA[n]的频谱，信号xP[n]的频谱不含有xA[n]频谱中与正(负)频率分量对称的负(正)频率分量。这样，信号xP[n]正频率部分只含有基波分量(有效值为X的分量)和振荡频率分量(有效值为Xi的分量)，而负频率部分只含有振荡频率的对偶分量(有效值为X-i的分量)，如此可有效减少xP[n]正负频率部分的频谱分量个数，有效减少各分量频谱间的相互干扰。
步骤S3，将一个基波周波作为时间窗的长度，对所述含正负序分量信号进行基于加窗离散傅里叶变换，得到基波参数。
具体的，取时间窗n∈[-N,N]内的信号进行计算。为了满足快速检测需求，该时间窗的长度为一个基波周波，一个基波周波为20ms，即2N+1＝1/f0Ts，其中f0为系统额定频率。对该时间窗内的信号xP(n)进行离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)，其表达式为：
Figure BDA0002672930090000051
其中，l为谱线编号；w(·)代表汉宁窗函数。从式(5)可以发现，相比信号xA(n)的频谱，信号xP(n)的频谱含有较少的分量，即信号xP(n)不含有信号xA(n)频谱中与正(负)频率分量对称的负(正)频率分量，如此可减少各频率分量频谱间的相互干扰。设基波频率50Hz附近有效值最大的谱线编号为L。基波参数包括基波幅值、基波相位及基波频率，那么，基波参数近似为：
Figure BDA0002672930090000052
Figure BDA0002672930090000053
Figure BDA0002672930090000054
步骤S4，利用所述基波参数构造基波信号，通过作差法将所述基波信号从所述含正负序分量信号中滤除。
具体的，基于步骤S3计算得到的基波参数后重构基波信号：
Figure BDA0002672930090000055
采用作差法滤除基波信号：
Figure BDA0002672930090000061
步骤S5，对滤除基波信号的含正负序分量信号进行插值离散傅里叶变换，确定中高频振荡频率。
对x-1(n)信号进行DFT计算：
Figure BDA0002672930090000062
其中，w1(·)代表汉宁窗函数。接着，对计算得到的频谱X-1(l)，在100～数千Hz范围内搜索找到有效值最大的谱线，设对应的谱线编号为K。如此，可采用双峰或三峰插值计算振荡频率。对双峰或三峰插值，可分别采用如下表达式计算得到补偿因子ε。双峰插值对应的补偿因子计算表达式为：
Figure BDA0002672930090000063
其中，
Figure BDA0002672930090000064
表示相量X-1(K)的模值，
Figure BDA0002672930090000065
而对三峰插值算法，补偿因子ε的计算表达式为：
Figure BDA0002672930090000066
由此得到中高频振荡频率为：
Figure BDA0002672930090000067
作为本发明的一个实施例，方法还包括：根据所述中高频振荡频率进行振荡抑制。举例而言，当通过本发明计算得到了中高频振荡的频率，则可在柔直控制器的适当环节，例如前馈滤波环节，添加带阻滤波器，且该滤波器的特征频率为计算得到的振荡频率，则可有效实现中高频振荡的抑制。另外，由于本发明响应时间短，因此，可以在振荡发展早期阶段就可实现其有效检测，从可实现中高频振荡的快速抑制。
本发明采用对称分量法对三相电压电流信号进行变换，从而有效减少信号频谱间的相互干扰，并且经过基波滤波后再进行振荡频率计算，在保证检测准确率的同时，实现了中高频振荡频率的快速检测，从而为振荡的抑制提供了准确的信息，确保电力系统安全稳定运行。
如图2所示为本发明实施例一种中高频振荡检测装置的结构示意图，图中所示装置包括：
滤波采样模块10，用于利用抗混叠滤波器对输入的三相电压电流信号进行低通滤波，并利用数模转换器对低通滤波后的三相电压电流信号进行采样；
对称分量模块20，用于根据对称分量法对采样后的三相电压电流信号进行坐标变换，得到含正负序分量信号；
基波参数模块30，用于将一个基波周波作为时间窗的长度，对所述含正负序分量信号进行基于加窗离散傅里叶变换，得到基波参数；
基波滤除模块40，用于利用所述基波参数构造基波信号，通过作差法将所述基波信号从所述含正负序分量信号中滤除；
频率确定模块50，用于对滤除基波信号的含正负序分量信号进行插值离散傅里叶变换，确定中高频振荡频率。
作为本发明的一个实施例，一个基波周波为20ms。
作为本发明的一个实施例，所述基波参数包括基波幅值、基波相位及基波频率。
作为本发明的一个实施例，如图3所示，所述装置还包括：振荡抑制模块60，用于根据所述中高频振荡频率进行振荡抑制。
基于与上述一种中高频振荡检测方法相同的申请构思，本发明还提供了上述一种中高频振荡检测装置。由于该一种中高频振荡检测装置解决问题的原理与一种中高频振荡检测方法相似，因此该一种中高频振荡检测装置的实施可以参见一种中高频振荡检测方法的实施，重复之处不再赘述。
本发明采用对称分量法对三相电压电流信号进行变换，从而有效减少信号频谱间的相互干扰，并且经过基波滤波后再进行振荡频率计算，在保证检测准确率的同时，实现了中高频振荡频率的快速检测，从而为振荡的抑制提供了准确的信息，确保电力系统安全稳定运行。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
如图4所示，该电子设备600还可以包括：通信模块110、输入单元120、音频处理单元130、显示器160、电源170。值得注意的是，电子设备600也并不是必须要包括图4中所示的所有部件；此外，电子设备600还可以包括图4中没有示出的部件，可以参考现有技术。
如图4所示，中央处理器100有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器100接收输入并控制电子设备600的各个部件的操作。
其中，存储器140，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器100可执行该存储器140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。
输入单元120向中央处理器100提供输入。该输入单元120例如为按键或触摸输入装置。电源170用于向电子设备600提供电力。显示器160用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为LCD显示器，但并不限于此。
该存储器140可以是固态存储器，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、SIM卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为EPROM等。存储器140还可以是某种其它类型的装置。存储器140包括缓冲存储器141(有时被称为缓冲器)。存储器140可以包括应用/功能存储部142，该应用/功能存储部142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器100执行电子设备600的操作的流程。
存储器140还可以包括数据存储部143，该数据存储部143用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器140的驱动程序存储部144可以包括电子设备的用于通信功能和/或用于执行电子设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。
通信模块110即为经由天线111发送和接收信号的发送机/接收机110。通信模块(发送机/接收机)110耦合到中央处理器100，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。
基于不同的通信技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通信模块110，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。通信模块(发送机/接收机)110还经由音频处理器130耦合到扬声器131和麦克风132，以经由扬声器131提供音频输出，并接收来自麦克风132的音频输入，从而实现通常的电信功能。音频处理器130可以包括任何合适的缓冲器、解码器、放大器等。另外，音频处理器130还耦合到中央处理器100，从而使得可以通过麦克风132能够在本机上录音，且使得可以通过扬声器131来播放本机上存储的声音。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种中高频振荡检测方法，其特征在于，所述方法包括：
利用抗混叠滤波器对输入的三相电压电流信号进行低通滤波，并利用数模转换器对低通滤波后的三相电压电流信号进行采样；
根据对称分量法对采样后的三相电压电流信号进行坐标变换，得到含正负序分量信号；
将一个基波周波作为时间窗的长度，对所述含正负序分量信号进行基于加窗离散傅里叶变换，得到基波参数；
利用所述基波参数构造基波信号，通过作差法将所述基波信号从所述含正负序分量信号中滤除；
对滤除基波信号的含正负序分量信号进行插值离散傅里叶变换，确定中高频振荡频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个基波周波为20ms。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基波参数包括基波幅值、基波相位及基波频率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述中高频振荡频率进行振荡抑制。
5.一种中高频振荡检测装置，其特征在于，所述装置包括：
滤波采样模块，用于利用抗混叠滤波器对输入的三相电压电流信号进行低通滤波，并利用数模转换器对低通滤波后的三相电压电流信号进行采样；
对称分量模块，用于根据对称分量法对采样后的三相电压电流信号进行坐标变换，得到含正负序分量信号；
基波参数模块，用于将一个基波周波作为时间窗的长度，对所述含正负序分量信号进行基于加窗离散傅里叶变换，得到基波参数；
基波滤除模块，用于利用所述基波参数构造基波信号，通过作差法将所述基波信号从所述含正负序分量信号中滤除；
频率确定模块，用于对滤除基波信号的含正负序分量信号进行插值离散傅里叶变换，确定中高频振荡频率。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述一个基波周波为20ms。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述基波参数包括基波幅值、基波相位及基波频率。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：振荡抑制模块，用于根据所述中高频振荡频率进行振荡抑制。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至4任一项所述方法。
10.一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存储有执行权利要求1至4任一项所述方法的计算机程序。
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