CN112748284A - 电力系统同步波形与广谱相量测量方法及装置 - Google Patents

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CN112748284A CN202011613610.0A CN202011613610A CN112748284A CN 112748284 A CN112748284 A CN 112748284A CN 202011613610 A CN202011613610 A CN 202011613610A CN 112748284 A CN112748284 A CN 112748284A
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谢小荣
陈垒
马宁宁
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Abstract

本发明提供一种电力系统同步波形与广谱相量测量方法及装置，该方法包括：在对波形数据打同步时标后，按定间隔上传、事件触发上传或者召唤上传中任意一种模式对同步波形进行上传；同时，根据信号的若干采样值，计算信号的频谱信号；对所述频谱信号取模值后，在所有信号点中搜索极值点；采用插值算法初步计算极值点对应的间谐波或谐波频率；然后将计算得到的间谐波/谐波频率代入到信号模型中，采用基于sinc函数的插值算法准确计算基波、各间谐波或谐波相量值和频率值。该方法由于频谱确定和极值求取过程计算简便，可显著减少计算的时间开销，从而提高电网运行分析的实时性。同时，经测试该方法比传统方法准确度更高。

Description

电力系统同步波形与广谱相量测量方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种电力系统同步波形与广谱相量测量方法及装置。
背景技术
同步波形和广谱相量测量是解决电力系统电力设备缺陷辨识、源荷动态特性分析、孤岛频率和电压快速稳定控制、电压动态特性优化等问题的必要手段。在电力系统中装配同步波形和广谱相量测量装置已势在必行。
目前的录波仪、故障录波装置或电能质量监测装置在采集波形时，不对采样点进行同步授时。即使部分装置进行了授时，也不具备广谱相量测量功能。目前常用的相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)基于离散傅里叶变换(Discrete Fouriertransform,DFT)，仅能实现基波相量的测量，即相量对应的信号分量频率为50Hz,不能实现间谐波和谐波相量的测量。虽然目前提出了基于PMU相量测量值和电压电流采样值的间谐波相量测量方法，但这些方法的间谐波相量测量过程复杂，且准确度仍然不高。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种电力系统同步波形与广谱相量测量方法及装置。
本发明提供一种电力系统同步波形与广谱相量测量方法，包括：在对波形数据打同步时标后，按定间隔上传、事件触发上传或者召唤上传中任意一种模式对同步波形进行上传；根据信号的若干采样值，计算信号的频谱信号；对所述频谱信号取模值后，在所有信号点中搜索极值点；采用插值算法计算极值点对应的间谐波或谐波频率；将计算得到的间谐波或谐波频率代入到信号模型中，采用基于sinc函数的插值算法计算基波、各间谐波或谐波相量值和频率值。
根据本发明的电力系统同步波形与广谱相量测量方法，所述计算信号的频谱信号，包括：根据加窗DFT，计算得到信号的频谱信号。
根据本发明的电力系统同步波形与广谱相量测量方法，所述根据加窗DFT，计算得到信号的频谱信，包括：
根据下式计算得到：
Figure BDA0002873622580000021
其中，S(k)代表每一相的频谱分析结果；k用于表示谱线编号，对应的频率为fk＝k/N*fs，fs为信号采样频率，s(n)为电网电流信号；Hann(n)为窗函数表达。
根据本发明的电力系统同步波形与广谱相量测量方法，所述采用插值算法计算极值点对应的间谐波或谐波频率，包括根据下式确定间谐波或谐波频率估计值：
Figure BDA0002873622580000022
其中，
Figure BDA0002873622580000023
其中，S(M)、S(M-1)和S(M+1)分别为极值点以及前后的频谱值，fs为信号采样频率，
Figure BDA0002873622580000024
为采用插值算法确定的间谐波或谐波的估计频率。
根据本发明的电力系统同步波形与广谱相量测量方法，采用基于sinc函数的插值算法准确计算基波、各间谐波或谐波相量值和频率值，包括：
将采用插值算法确定的间谐波或谐波的估计频率
Figure BDA0002873622580000031
代信号模型fih中，并进行基于sinc插值函数的DFT计算：
Figure BDA0002873622580000032
其中，
Figure BDA0002873622580000033
为基波相量w(n)表示窗函数；
Figure BDA0002873622580000034
为DFT计算的频率；c表示DFT计算的谱线序号；*表示共轭算子；
Figure BDA0002873622580000035
其中，pih(n)为间谐波/谐波相量；B为一个不小于基带信号pih(t)最高频率的频率值(B≠0)；2B是该带限信号的采样频率；pk,ih＝pih(k/2B)表征pih(n)在n＝kfs/(2B)时刻的采样值；K为pih(0)每一侧用于重构间相量信号的采样点数；
并根据下式确定间谐波或谐波相量估计值和频率的最终估计值：
Figure BDA0002873622580000036
Figure BDA0002873622580000037
其中，
Figure BDA0002873622580000041
为采用插值算法确定的谐波或谐波频率估计值，
Figure BDA0002873622580000042
为最终估计值。
根据本发明的电力系统同步波形与广谱相量测量方法，所述事件触发上传包括：每隔预设时间段计算波形能量，若当前时间段波形的能量与上一时间段波形的能量差值，与上一时间段波形能量的比值，超过预设比值，则将对应的电压或电流波形上传到主站。
根据本发明的电力系统同步波形与广谱相量测量方法，所述根据信号的若干采样值，计算信号的频谱信号之前，还包括：对三相模拟电压电流信号进行抗混叠滤波处理后，进行模数转换，得到所述信号的采样值。
本发明还提供一种电力系统同步波形与广谱相量测量装置，包括：同步波形测量模块，用于对波形数据打同步时标后，按定间隔上传、事件触发上传或者召唤上传中任意一种模式对同步波形进行上传；广谱相量测量模块，用于根据信号的若干采样值，计算信号的频谱信号；对所述频谱信号取模值后，在所有信号点中搜索极值点；采用插值算法计算极值点对应的间谐波或谐波频率；将计算得到的间谐波或谐波频率代入到信号模型中，采用基于sinc函数的插值算法计算基波、各间谐波或谐波相量值和频率值。
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如上述任一种所述电力系统同步波形与广谱相量测量方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述电力系统同步波形与广谱相量测量方法的步骤。
本发明提供的电力系统同步波形与广谱相量测量方法及装置，对频谱信号取模值后，在所有信号点中搜索极值点，采用插值算法计算极值点对应的间谐波或谐波频率。由于频谱确定和极值求取过程计算简便，可显著减少计算的时间开销，从而提高电网运行分析的实时性。同时，经测试该方法比传统方法准确度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简便地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提供的电力系统同步波形与广谱相量测量方法的流程示意图之一；
图2是本发明提供的同步波形采集流程图；
图3是本发明提供的广谱相量测量原理图；
图4是本发明提供的基于同步波形与广谱相量测量装置的电力系统态势感知与安全预警系统图；
图5是本发明提供的电力系统同步波形与广谱相量测量方法的流程示意图之二；
图6是本发明提供的电力系统同步波形与广谱相量测量装置的结构示意图；
图7是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
下面结合图1-图7描述本发明的电力系统同步波形与广谱相量测量方法及装置。图1是本发明提供的电力系统同步波形与广谱相量测量方法的流程示意图之一，如图1所示，本发明提供电力系统同步波形与广谱相量测量方法，包括：
101、在对波形数据打同步时标后，按定间隔上传、事件触发上传或者召唤上传中任意一种模式对同步波形进行上传。
102、根据信号的若干采样值，计算信号的频谱信号；对所述频谱信号取模值后，在所有信号点中搜索极值点；采用插值算法计算极值点对应的间谐波或谐波频率；将计算得到的间谐波或谐波频率代入到信号模型中，采用基于sinc函数的插值算法计算基波、各间谐波或谐波相量值和频率值。
本发明包括同步波形测量/采集和广谱相量测量。接下来，将分别针对这两个功能的实现方法进行介绍。
同步波形采集：
同步波形采集通过图2所示的方法完成。首先对三相模拟电压电流信号进行抗混叠滤波处理；然后对滤波处理后的模拟信号进行模数转换，在这个过程中，采用同步授时信号对采样进行授时；在通信信道容量有限情况下，可以对采样信号进行下采样，即每个若干个采样点取一个点作为待上传的信号。下采样倍率可设为1、1/2、1/4、1/8或其他倍率，设为1时即代表未进行下采样；最后，就可以上传所采集到的波形。
这里的波形上传包括三种模式：1、定间隔上传；2、事件触发上传；3、召唤上传。具体的上传模式根据主站下发采集指令而确定。以下将分别介绍这三种上传模式的原理。定间隔上传：每隔一段时间上传一定时间长度的波形。事件触发上传：发生暂态事件后，上传事件发生前后一定时间长度的波形。
在一个实施例中，事件触发上传，即以上所述的暂态事件触发波形采集机制，其原理为：每隔一段时间计算波形能量，若(电压或电流任意一相)当前时间段波形的能量与上一时间段波形的能量差值超过上一时间段波形能量某一比值，则认为发生了暂态事件。此时电压电流波形启动上传到主站。上传的波形分别为当前时间段波形及该时间段前后一段时间的波形。
这里所述的波形能量计算方法为：
Figure BDA0002873622580000071
其中，L为时间窗长度。下一时间段波形的能量则为
Figure BDA0002873622580000072
接下来，计算相对偏差
Figure BDA0002873622580000073
若r超过某一值时，则认为存在暂态突变事件，波形上传机制被触发。需要说明的是，电力系统发生某些暂态事件时，系统保护会动作，导致断路器动作。本装置也可通过检测这些开关量变化触发波形上传。召唤上传：在设定的时间段内，波形无间断上传。首先，设定上传时间段，从起始时刻启动上传，上传时间段为几秒/分钟/小时/天。
广谱相量测量方法：对一个含有基波和间谐波/谐波分量的电网电流信号，可以将其表示为：
Figure BDA0002873622580000074
其中，f0、fih和fs是分别代表额定频率、间谐波/谐波频率和信号采样频率；a0和θ0分别代表基波有效值和相位；aih(n)和θih(n)分别代表间谐波初始有效值和相位；σ为间谐波幅值的衰减因子；ε(n)表示宽带噪声和谐波等微弱分量。
Figure BDA0002873622580000081
被定义为间谐波/谐波相量。
S(k)代表每一相的频谱分析结果，对S(k)取模值|S(k)|，并在k＝0,1,...,N-1范围内搜索极值点。每个极值点对应了一个基波、谐波或间谐波分量。噪声影响下，可能有多个极值点其实并未真正对应一个分量。因此，仅认为极值谱线对应幅值超过基波幅值某一比值时，存在一个谐波/间谐波分量。
接下来，采用插值算法计算间谐波/谐波频率。插值算法通过最大幅值的谱线及其前后相邻的两个谱线共3个谱线计算得到插值因子。依次对不同的极值点进行插值，就可以得到间谐波/谐波的频率。然后，将初步计算得到的间谐波或谐波频率代入到信号模型中，采用基于sinc函数的插值算法计算基波、各间谐波或谐波相量值和频率值。
本发明的电力系统同步波形与广谱相量测量方法，对频谱信号取模值后，在所有信号点中搜索极值点，采用插值算法计算极值点对应的间谐波或谐波频率。由于频谱确定和极值求取过程计算简便，可显著减少计算的时间开销，从而提高电网运行分析的实时性。同时，经测试该方法比传统方法准确度更高。
在一个实施例中，所述计算信号的频谱信号，包括：根据加窗DFT，计算得到信号的频谱信号：
进一步地，根据加窗DFT，计算得到信号的频谱信号，包括根据下式计算得到：
Figure BDA0002873622580000082
其中，S(k)代表每一相的频谱分析结果；k用于表示谱线编号，对应的频率为fk＝k/N*fs，fs为信号采样频率，s(n)为电网电流信号；Hann(n)为窗函数表达。
进一步地，窗函数的表达式为：
Figure BDA0002873622580000091
其中，N为时间窗长度。
在一个实施例中，采用插值算法计算极值点对应的间谐波或谐波频率，包括，根据下式确定间谐波或谐波频率估计值：
Figure BDA0002873622580000092
其中，
Figure BDA0002873622580000093
其中，S(M)、S(M-1)和S(M+1)分别为极值点以及前后的频谱值，fs为信号采样频率，
Figure BDA0002873622580000094
为采用插值算法确定的间谐波或谐波的估计频率。
本发明采用插值算法计算间谐波/谐波频率，插值算法通过最大幅值的谱线及其前后相邻的两个谱线共3个谱线计算得到插值因子。设该极值对应的谱线编号为M，则插值因子Δ可表示为：
Figure BDA0002873622580000095
根据插值因子，可以进一步估计该极值对应的相量的频率
Figure BDA0002873622580000096
为：
Figure BDA0002873622580000097
依次对不同的极值点进行插值，就可以得到间谐波/谐波的频率。
在一个实施例中，采用基于sinc函数的插值算法计算基波、各间谐波或谐波相量值和频率值，包括：
将采用插值算法确定的间谐波或谐波的估计频率
Figure BDA0002873622580000101
代入信号模型fih中，并进行基于sinc插值函数的DFT计算：
Figure BDA0002873622580000102
其中，
Figure BDA0002873622580000103
为基波相量w(n)表示窗函数；
Figure BDA0002873622580000104
为DFT计算的频率；c表示DFT计算的谱线序号；*表示共轭算子；
Figure BDA0002873622580000105
并根据下式确定间谐波或谐波相量估计值和频率的最终估计值：
Figure BDA0002873622580000106
Figure BDA0002873622580000107
其中，
Figure BDA0002873622580000108
为采用插值算法确定的谐波或谐波频率估计值，
Figure BDA0002873622580000109
为最终估计值。
一般而言，间谐波/谐波相量pih(n)可视作一个基带带限信号。那么，在很窄的时间窗
Figure BDA00028736225800001010
内，该带限信号pih(n)可以近似地表示为若干个sinc插值函数的线性叠加，具体如下式所示：
Figure BDA00028736225800001011
其中，B为一个不小于基带信号pih(t)最高频率的频率值(B≠0)；2B是该带限信号的采样频率；pk，ih＝pih(k/2B)表征pih(n)在n＝kfs/(2B)时刻的采样值；K为pih(0)每一侧用于重构间相量信号的采样点数。如此，2K可以被视为模型阶数。另外，时间窗长度Tw一般应满足Tw＜K/B。
在实现了间谐波/谐波相量建模后，就可以实现电网电流信号的近似表示。对该近似表示的电网电流信号进行采样，并进行DFT计算可以得到：
Figure BDA0002873622580000111
其中，
Figure BDA0002873622580000112
为基波相量w(n)表示窗函数；
Figure BDA0002873622580000113
为DFT计算的频率；c表示DFT计算的谱线序号；*表示共轭算子。容易知道，当fc为基波频率时，忽略间谐波/谐波对基波相量测量的影响(即忽略式(6)中的后两项)，
Figure BDA0002873622580000114
近似为基波相量。
对间谐波/谐波相量，可用间谐波/谐波频率附近幅值最大的几根谱线信息进行pk,ih的估计，fc即为这些谱线对应的频率。采用整数个基波周波时间窗，基波对间谐波/谐波频率附近的谱线信息产生相互影响不大。在忽略了基波分量DFT变换后，将式(6)表示成如下矩阵形式：
Figure BDA0002873622580000121
其中，S为包含了若干个电网电流信号DFT计算值的列向量，DFT频率fc为间谐波频率附近幅值最大的几根谱线对应的频率；z为每一行包含了2K+1个sinc插值函数的加窗DFT变换值，即
Figure BDA0002873622580000122
的矩阵；p为包含了pk,ih值的列向量。如此，列向量R，即pk,ih值可通过最小二乘法进行估计：
Figure BDA0002873622580000123
其中，
Figure BDA00028736225800001210
表示对应的变量为估计值。需要说明的是，在对电流信号进行近似表示时，间谐波频率fih是未知的。本发明基于插值DFT对间谐波频率进行初步估计，这里记为
Figure BDA0002873622580000124
如此，根据式(5)，间谐波相量在0时刻的m阶导数，可以基于这些估计得到的
Figure BDA0002873622580000125
值进行测算。例如，当，K为1时，可得到：
Figure BDA0002873622580000126
Figure BDA0002873622580000127
根据式(9)可以知道，
Figure BDA0002873622580000128
即为间谐波相量的0阶导数估计值，也即间谐波/谐波相量的估计值。基于间谐波相量的各阶导数，可以估计间谐波/谐波频率，具体可表示为：
Figure BDA0002873622580000129
其中，Im{}表示相量虚部算子。从式(6)知道，在间谐波/谐波频率附近进行DFT计算时，需要知道fih的值。本发明可采用插值DFT算法初步估计fih值，本发明将该初步估计值记为
Figure BDA0002873622580000131
图4是本发明提供的基于同步波形与广谱相量测量装置的电力系统态势感知与安全预警系统图，如图4所示，子站通过将所采集到的同步波形及测量得到的广谱相量结果上传到数据集中器，再由数据集中器上传到系统主站，系统主站根据这些同步波形和广谱相量测量结果完成电力系统态势感知和安全预警等应用。系统主站基于公有云或私有云实现。另外，主站还可以下发采集指令以控制子站的数据采集模式。本发明中采集模式的选择主要体现在同步波形的上传模式上。
图5是本发明提供的电力系统同步波形与广谱相量测量方法的流程示意图之二，本发明提出的同步波形与广谱相量测量方法的具体实施方式可包括两部分，第一部分为同步波形采集；第二部分为广谱相量测量。第二部分-广谱相量测量的流程如图5所示，主要分为以下几个步骤：
1、分别对电压电流每相波形采样值，取其中的N点采样数据；
2、按式上述计算加窗DFT的公式计算得到S(k)；
3、计算模值|S(k)|,在k＝0,…,N-1范围内搜索极值点；
4、取幅值大于基波幅值某一比值的极值点，依次进行插值运算。
5、对极值点对应的分量，根据Δ的公式计算插值因子，然后根据
Figure BDA0002873622580000132
的计算公式计算间谐波/谐波频率；
6、将该频率代入式(6)中，在间谐波/谐波频率附近的3个谱线计算DFT，并根据式(8)-(10)估计该间谐波相量和频率；
7、将基波频率代入式(6)中，估计基波相量；
8、输出各分量的幅值、频率和相位。
图6是本发明提供的电力系统同步波形与广谱相量测量装置的结构示意图，如图6所示，该电力系统同步波形与广谱相量测量装置包括：同步波形采集模块601和广谱相量测量模块602。其中，同步波形采集模块601用于在对波形数据打同步时标后，按定间隔上传、事件触发上传或者召唤上传中任意一种模式对同步波形进行上传。
广谱相量测量模块602用于根据信号的若干采样值，计算信号的频谱信号；对所述频谱信号取模值后，在所有信号点中搜索极值点；采用插值算法计算极值点对应的间谐波或谐波频率；将计算得到的间谐波或谐波频率代入到信号模型中，采用基于sinc函数的插值算法计算基波、各间谐波或谐波相量值和频率值。
本发明实施例提供的装置实施例是为了实现上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述方法实施例，此处不再赘述。
本发明实施例提供的电力系统同步波形与广谱相量测量装置，对频谱信号取模值后，在所有信号点中搜索极值点，采用插值算法计算极值点对应的间谐波或谐波频率。由于频谱确定和极值求取过程计算简便，可显著减少计算的时间开销，从而提高电网运行分析的实时性。同时，经测试该方法比传统方法准确度更高。
图7是本发明提供的电子设备的结构示意图，如图7所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)701、通信接口(Communications Interface)702、存储器(memory)703和通信总线704，其中，处理器701，通信接口702，存储器703通过通信总线704完成相互间的通信。处理器701可以调用存储器703中的逻辑指令，以执行电力系统同步波形与广谱相量测量方法，该方法包括：在对波形数据打同步时标后，按定间隔上传、事件触发上传或者召唤上传中任意一种模式对同步波形进行上传；根据信号的若干采样值，计算信号的频谱信号；对所述频谱信号取模值后，在所有信号点中搜索极值点；采用插值算法计算极值点对应的间谐波或谐波频率；将计算得到的间谐波或谐波频率代入到信号模型中，采用基于sinc函数的插值算法计算基波、各间谐波或谐波相量值和频率值。
此外，上述的存储器703中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的电力系统同步波形与广谱相量测量方法，该方法包括：在对波形数据打同步时标后，按定间隔上传、事件触发上传或者召唤上传中任意一种模式对同步波形进行上传；根据信号的若干采样值，计算信号的频谱信号；对所述频谱信号取模值后，在所有信号点中搜索极值点；采用插值算法计算极值点对应的间谐波或谐波频率；将计算得到的间谐波或谐波频率代入到信号模型中，采用基于sinc函数的插值算法计算基波、各间谐波或谐波相量值和频率值。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的电力系统同步波形与广谱相量测量方法，该方法包括：在对波形数据打同步时标后，按定间隔上传、事件触发上传或者召唤上传中任意一种模式对同步波形进行上传；根据信号的若干采样值，计算信号的频谱信号；对所述频谱信号取模值后，在所有信号点中搜索极值点；采用插值算法计算极值点对应的间谐波或谐波频率；将计算得到的间谐波或谐波频率代入到信号模型中，采用基于sinc函数的插值算法计算基波、各间谐波或谐波相量值和频率值。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电力系统同步波形与广谱相量测量方法，其特征在于，包括：
在对波形数据打同步时标后，按定间隔上传、事件触发上传或者召唤上传中任意一种模式对同步波形进行上传，以完成同步波形测量/采集；
根据信号的若干采样值，计算信号的频谱信号；对所述频谱信号取模值后，在所有信号点中搜索极值点；采用插值算法计算极值点对应的间谐波或谐波频率；将计算得到的间谐波或谐波频率代入到信号模型中；采用基于sinc函数的插值算法计算基波、各间谐波或谐波相量值和频率值，以完成广谱相量测量。
2.根据权利要求1所述的电力系统同步波形与广谱相量测量方法，其特征在于，所述计算信号的频谱信号，包括：
根据加窗DFT，计算得到信号的频谱信号。
3.根据权利要求2所述的电力系统同步波形与广谱相量测量方法，其特征在于，所述根据加窗DFT，计算得到信号的频谱信，包括：
根据下式计算得到：
Figure FDA0002873622570000011
其中，S(k)代表每一相的频谱分析结果；k用于表示谱线编号，对应的频率为fk＝k/N*fs，fs为信号采样频率，s(n)为电网电流信号；Hann(n)为窗函数表达。
4.根据权利要求1所述的电力系统同步波形与广谱相量测量方法，其特征在于，所述采用插值算法计算极值点对应的间谐波或谐波频率，包括根据下式确定间谐波或谐波频率估计值：
Figure FDA0002873622570000021
其中，
Figure FDA0002873622570000022
其中，S(M)、S(M-1)和S(M+1)分别为极值点以及前后的频谱值，fs为信号采样频率，
Figure FDA0002873622570000023
为采用插值算法确定的间谐波或谐波的估计频率。
5.根据权利要求4所述的电力系统同步波形与广谱相量测量方法，其特征在于，采用基于sinc函数的插值算法计算基波、各间谐波或谐波相量值和频率值，包括：
将采用插值算法确定的间谐波或谐波的估计频率
Figure FDA0002873622570000024
代入信号模型fih中，并进行基于sinc插值函数的DFT计算：
Figure FDA0002873622570000025
其中，
Figure FDA0002873622570000026
为基波相量；w(n)表示窗函数；
Figure FDA0002873622570000027
为插值DFT计算的频率；c表示DFT计算的谱线序号；*表示共轭算子；
Figure FDA0002873622570000028
其中，pih(n)为间谐波/谐波相量；B为一个不小于基带信号pih(t)最高频率的频率值(B≠0)；2B是带限信号的采样频率；pk,ih＝pih(k/2B)表征pih(n)在n＝kfs/(2B)时刻的采样值；K为pih(0)每一侧用于重构间相量信号的采样点数；
并根据下式确定间谐波或谐波相量估计值和频率的最终估计值：
Figure FDA0002873622570000031
Figure FDA0002873622570000032
其中，
Figure FDA0002873622570000033
为采用插值算法确定的谐波或谐波频率估计值，
Figure FDA0002873622570000034
为最终估计值。
6.根据权利要求1所述的电力系统同步波形与广谱相量测量方法，其特征在于，所述事件触发上传包括：
每隔预设时间段计算波形能量，若当前时间段波形的能量与上一时间段波形的能量差值，与上一时间段波形能量的比值，超过预设比值，则将对应的电压或电流波形上传到主站。
7.根据权利要求1所述的电力系统同步波形与广谱相量测量方法，其特征在于，所述根据信号的若干采样值，计算信号的频谱信号之前，还包括：
对三相模拟电压电流信号进行抗混叠滤波处理后，进行模数转换，得到所述信号的采样值。
8.一种电力系统同步波形与广谱相量测量装置，其特征在于，包括：
同步波形测量模块，用于对波形数据打同步时标后，按定间隔上传、事件触发上传或者召唤上传中任意一种模式对同步波形进行上传；
广谱相量测量模块，用于根据信号的若干采样值，计算信号的频谱信号；对所述频谱信号取模值后，在所有信号点中搜索极值点；采用插值算法计算极值点对应的间谐波或谐波频率；将计算得到的间谐波或谐波频率代入到信号模型中，采用基于sinc函数的插值算法计算基波、各间谐波或谐波相量值和频率值。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述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如权利要求1至7任一项所述电力系统同步波形与广谱相量测量方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述电力系统同步波形与广谱相量测量方法的步骤。
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