CN112147407B - 一种不受频率变化影响的快速模拟量有效值计算方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不受频率变化影响的快速模拟量有效值计算方法和系统，方法包括以下步骤：S1：在继电保护装置中对模拟量进行等间隔采样；S2：根据当前点的采样值，计算模拟量的频率；S3：判断模拟量的频率是否满足频率阈值要求；S4：根据S3的判断结果，对模拟量进行有效值计算。本发明相对于现有方法，能够快速计算出模拟量的有效值，大大提高了模拟量有效值的计算速度，而且计算精度不受模拟量频率变化的影响。
Description
技术领域
本发明涉及继电保护技术领域，更具体地，涉及一种不受频率变化影响的快速模拟量有效值计算方法和系统。
背景技术
在继电保护装置中，差动保护，过流保护和欠压保护等大部分保护的动作量都是采用模拟量的有效值。模拟量有效值计算的准确性和快速性对继电保护性能有显著的影响。
目前继电保护装置中常用的模拟量有效值计算方法主要有全波傅里叶变换、半波傅里叶变换，半波积分算法等。这些算法中，全波傅里叶变换抗谐波能力强，有效值计算最准确，但是需要的计算时间也最长，需要一个周波的时间才能准确计算出模拟量的有效值。半波傅里叶变换，半波积分算法都能在半个周波内计算出模拟量的有效值，但是在模拟量为标准正弦波的时候才能够准确计算模拟量的有效值，当含有谐波时，计算结果有一定的误差。
公开日为2016年04月01日，公开号为CN105891585A的中国专利公开了一种正弦波频率缓慢变化时的有效值计算方法与装置，若当前频率与额定频率不一致时，将每周期对应采样点数分为整数和小数两部分。对于整数部分，可以直接计算出各采样点的平方和；对于小数部分，可根据前后两个采样点插值计算出小数部分对应的采样点大小，然后利用该计算值的平方值与前一点采样值的平方值计算出他们组成的小梯形面积，并与整数部分计算出的平方和相加，即可得出一个完整周波的有效值平方，开方后便可得出当前频率下波形的有效值。虽然半波傅里叶变换，半波积分算法等有效值计算方法相对于全波傅里叶变换来说，速度已经提高了一倍，但是也需要半个周波的时间才能够计算出模拟量的有效值。对于某些保护来说，半个周波的启动时间还是相对比较长
另外，当频率偏移额定频率时。全波傅里叶变换，半波傅里叶变换和半波积分算法等方法计算模拟量有效值时都会产生偏差，对于某些工况，例如发电机启机过程中，频率从几赫兹到额定频率之间变化，在频率比较低的时候，全波傅里叶变换，半波傅里叶变换和半波积分算法计算的模拟量有效值误差非常大，使用这些算法计算的有效值作为动作量的保护在这些工况下都需要退出，无法使用。
发明内容
本发明的首要目的是提供一种不受频率变化影响的快速模拟量有效值计算方法，提高了模拟量有效值的计算速度。
本发明的进一步目的是提供一种不受频率变化影响的快速模拟量有效值计算系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种不受频率变化影响的快速模拟量有效值计算方法，包括以下步骤：
S1：在继电保护装置中对模拟量进行等间隔采样；
S2：根据当前点的采样值，计算模拟量的频率；
S3：判断模拟量的频率是否满足频率阈值要求；
S4：根据S3的判断结果，对模拟量进行有效值计算。
优选地，步骤S1中对模拟量进行等间隔采样具体为：
对模拟量每(1/fN)时间内等间隔采样N点，其中fN为电力系统的额定频率。
优选地，步骤S2中根据当前点的采样值，计算模拟量的频率，具体为：
模拟量当前点的采样值为x(n)，采用全波傅里叶变换、半波傅里叶变换或半波积分算法计算模拟量的频率f(n)。
优选地，步骤S3中所述频率阈值要求具体为：
|f(n)-fN|≤0.02
式中，f(n)为步骤S2计算的模拟量的频率。
优选地，步骤S4中，对模拟量进行有效值计算，具体为：
若f(n)满足|f(n)-fN|≤0.02，取a(n)＝x(n-N/4)，其中a(n)为中间量， x(n-N/4)为模拟量当前点的采样值x(n)的前1/4周波的采样点；
若f(n)不满足|f(n)-fN|≤0.02，a(n)采取以下步骤计算：
a.计算1/4周波的时间t(n)＝1/f(n)/4；
b.计算1/4周波的采样点数m(n)＝fN*N*t(n)；
c.记m(n)的整数部分为M；
d.a(n)＝[x(n-M)-x(n-M-1)]*[1-m(n)+M]+x(n-M-1)；
模拟量的有效值为：
X(n)＝{[x(n)*x(n)+a(n)*a(n)]/2}^(1/2)。
一种不受频率变化影响的快速模拟量有效值计算系统，包括：
采样模块，所述采样模块在继电保护装置中对模拟量进行等间隔采样；
频率计算模块，所述频率计算模块根据当前点的采样值，计算模拟量的频率；
判断模块，所述判断模块判断模拟量的频率是否满足频率阈值要求；
有效值计算模块，所述有效值计算模块根据判断模块的判断结果，对模拟量进行有效值计算。
优选地，所述采样模块对模拟量每(1/fN)时间内等间隔采样N点，其中fN 为电力系统的额定频率。
优选地，所述频率 计算模块采用全波傅里叶变换、半波傅里叶变换或半波积分算法计算模拟量的频率f(n)。
优选地，所述判断模块的频率阈值要求为：
|f(n)-fN|≤0.02
式中，f(n)为频率 计算模块计算的模拟量的频率。
优选地，所述有效值计算模块对模拟量进行有效值计算，具体为：
若f(n)满足|f(n)-fN|≤0.02，取a(n)＝x(n-N/4)，其中a(n)为中间量， x(n-N/4)为模拟量当前点的采样值x(n)的前1/4周波的采样点；
若f(n)不满足|f(n)-fN|≤0.02，a(n)采取以下步骤计算：
a.计算1/4周波的时间t(n)＝1/f(n)/4；
b.计算1/4周波的采样点数m(n)＝fN*N*t(n)；
c.记m(n)的整数部分为M；
d.a(n)＝[x(n-M)-x(n-M-1)]*[1-m(n)+M]+x(n-M-1)；
模拟量的有效值为：
X(n)＝{[x(n)*x(n)+a(n)*a(n)]/2}^(1/2)。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明通过只需要当前点数据和1/4周波前的数据就可以计算出模拟量的有效值。模拟量计算的数据窗为1/4周波，比传统的至少半个周波的数据窗提高了一倍。另外由于1/4周波前的采样点根据模拟量的实测频率实时计算，有效值的计算已经考虑频率的影响，在频率偏移额定频率时，无论偏移多大，都能够正确计算。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种不受频率变化影响的快速模拟量有效值计算方法，如图1，包括以下步骤：
S1：在继电保护装置中对模拟量进行等间隔采样；
S2：根据当前点的采样值，计算模拟量的频率；
S3：判断模拟量的频率是否满足频率阈值要求；
S4：根据S3的判断结果，对模拟量进行有效值计算。
步骤S1中对模拟量进行等间隔采样具体为：
对模拟量每(1/fN)时间内等间隔采样N点，其中fN为电力系统的额定频率。
步骤S2中根据当前点的采样值，计算模拟量的频率，具体为：
模拟量当前点的采样值为x(n)，采用全波傅里叶变换、半波傅里叶变换或半波积分算法计算模拟量的频率f(n)。
步骤S3中所述频率阈值要求具体为：
|f(n)-fN|≤0.02
式中，f(n)为步骤S2计算的模拟量的频率。
步骤S4中，对模拟量进行有效值计算，具体为：
若f(n)满足|f(n)-fN|≤0.02，取a(n)＝x(n-N/4)，其中a(n)为中间量， x(n-N/4)为模拟量当前点的采样值x(n)的前1/4周波的采样点；
若f(n)不满足|f(n)-fN|≤0.02，a(n)采取以下步骤计算：
a.计算1/4周波的时间t(n)＝1/f(n)/4；
b.计算1/4周波的采样点数m(n)＝fN*N*t(n)；
c.记m(n)的整数部分为M；
d.a(n)＝[x(n-M)-x(n-M-1)]*[1-m(n)+M]+x(n-M-1)；
模拟量的有效值为：
X(n)＝{[x(n)*x(n)+a(n)*a(n)]/2}^(1/2)。
实施例2
本实施例提供一种不受频率变化影响的快速模拟量有效值计算系统，如图2，包括：
采样模块，所述采样模块在继电保护装置中对模拟量进行等间隔采样；
频率计算模块，所述频率计算模块根据当前点的采样值，计算模拟量的频率；
判断模块，所述判断模块判断模拟量的频率是否满足频率阈值要求；
有效值计算模块，所述有效值计算模块根据判断模块的判断结果，对模拟量进行有效值计算。
所述采样模块对模拟量每(1/fN)时间内等间隔采样N点，其中fN为电力系统的额定频率。
所述频率 计算模块采用全波傅里叶变换、半波傅里叶变换或半波积分算法计算模拟量的频率f(n)。
所述判断模块的频率阈值要求为：
|f(n)-fN|≤0.02
式中，f(n)为频率 计算模块计算的模拟量的频率。
所述有效值计算模块对模拟量进行有效值计算，具体为：
若f(n)满足|f(n)-fN|≤0.02，取a(n)＝x(n-N/4)，其中a(n)为中间量， x(n-N/4)为模拟量当前点的采样值x(n)的前1/4周波的采样点；
若f(n)不满足|f(n)-fN|≤0.02，a(n)采取以下步骤计算：
a.计算1/4周波的时间t(n)＝1/f(n)/4；
b.计算1/4周波的采样点数m(n)＝fN*N*t(n)；
c.记m(n)的整数部分为M；
d.a(n)＝[x(n-M)-x(n-M-1)]*[1-m(n)+M]+x(n-M-1)；
模拟量的有效值为：
X(n)＝{[x(n)*x(n)+a(n)*a(n)]/2}^(1/2)。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种不受频率变化影响的快速模拟量有效值计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在继电保护装置中对模拟量进行等间隔采样；
S2：根据当前点的采样值，计算模拟量的频率；
S3：判断模拟量的频率是否满足频率阈值要求；
S4：根据S3的判断结果，对模拟量进行有效值计算；
步骤S1中对模拟量进行等间隔采样具体为：
对模拟量每(1/fN)时间内等间隔采样N点，其中fN为电力系统的额定频率；
步骤S3中所述频率阈值要求具体为：
|f(n)-fN|≤0.02
式中，f(n)为步骤S2计算的模拟量的频率；
步骤S4中，对模拟量进行有效值计算，具体为：
若f(n)满足|f(n)-fN|≤0.02，取a(n)＝x(n-N/4)，其中a(n)为中间量，x(n-N/4)为模拟量当前点的采样值x(n)的前1/4周波的采样点；
若f(n)不满足|f(n)-fN|≤0.02，a(n)采取以下步骤计算：
a.计算1/4周波的时间t(n)＝(1/f(n))/4；
b.计算1/4周波的采样点数m(n)＝fN*N*t(n)；
c.记m(n)的整数部分为M；
d.a(n)＝[x(n-M)-x(n-M-1)]*[1-m(n)+M]+x(n-M-1)；
模拟量的有效值为：
X(n)＝{[x(n)*x(n)+a(n)*a(n)]/2}^(1/2)。
2.根据权利要求1所述的不受频率变化影响的快速模拟量有效值计算方法，其特征在于，步骤S2中根据当前点的采样值，计算模拟量的频率，具体为：
模拟量当前点的采样值为x(n)，采用全波傅里叶变换、半波傅里叶变换或半波积分算法计算模拟量的频率f(n)。
3.一种不受频率变化影响的快速模拟量有效值计算系统，其特征在于，包括：
采样模块，所述采样模块在继电保护装置中对模拟量进行等间隔采样；
频率计算模块，所述频率计算模块根据当前点的采样值，计算模拟量的频率；
判断模块，所述判断模块判断模拟量的频率是否满足频率阈值要求；
有效值计算模块，所述有效值计算模块根据判断模块的判断结果，对模拟量进行有效值计算；
所述采样模块对模拟量每(1/fN)时间内等间隔采样N点，其中fN为电力系统的额定频率；
所述判断模块的频率阈值要求为：
|f(n)-fN|≤0.02
式中，f(n)为频率 计算模块计算的模拟量的频率；
所述有效值计算模块对模拟量进行有效值计算，具体为：
若f(n)满足|f(n)-fN|≤0.02，取a(n)＝x(n-N/4)，其中a(n)为中间量，x(n-N/4)为模拟量当前点的采样值x(n)的前1/4周波的采样点；
若f(n)不满足|f(n)-fN|≤0.02，a(n)采取以下步骤计算：
a.计算1/4周波的时间t(n)＝(1/f(n))/4；
b.计算1/4周波的采样点数m(n)＝fN*N*t(n)；
c.记m(n)的整数部分为M；
d.a(n)＝[x(n-M)-x(n-M-1)]*[1-m(n)+M]+x(n-M-1)；
模拟量的有效值为：
X(n)＝{[x(n)*x(n)+a(n)*a(n)]/2}^(1/2)。
4.根据权利要求3所述的不受频率变化影响的快速模拟量有效值计算系统，其特征在于，所述频率计算模块采用全波傅里叶变换、半波傅里叶变换或半波积分算法计算模拟量的频率f(n)。
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| CN112147407A (zh) | 2020-12-29 |
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