一种高精度抗干扰的电力系统基波频率及相位测量方法

摘要

本发明公开了一种高精度抗干扰的电力系统基波频率及相位测量方法，通过复向量提取算法获取基波的实部u

说明书

技术领域

本发明涉及一种高精度抗干扰的电力系统基波频率及相位测量方法，属于电力系统测量技术领域。

背景技术

基波的频率、相位等信息作为电力系统交流采样的重要特征量，与保护、测量、控制等环节密切相关。目前，现有的测量方法主要基于傅里叶分析、过零点检测等，存在一定的局限。傅里叶分析算法较为成熟，但由于频谱泄露等问题，存在一定的测量偏差；过零点算法原理简单，但当叠加谐波或直流分量时，该算法误差较大。此外，电力设备的运行工况较为复杂，采样数据极易受到干扰，直接影响频率、相位的测量。因此，构造一种高精度抗干扰的基波频率及相位测量方法，是当前急需解决的问题。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高精度抗干扰的电力系统基波频率及相位测量方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种高精度抗干扰的电力系统基波频率及相位测量方法，包括如下步骤：

步骤1，确定复向量提取算法的初始长度N₁及截断长度N；

步骤2，设定频率参数f_c1、f_c2；

步骤3，根据公式1，计算实部提取算法的初始迭代系数a_n，其中f_s为采样频率，n为迭代系数的序号；

步骤4，根据公式2，计算虚部提取算法的初始迭代系数b_n；

步骤5，通过窗函数加权初始迭代系数a_n、b_n；

步骤6，根据公式3、4，截取初始迭代公式，得出迭代系数c_n、d_n；

步骤7，判断实部、虚部的提取公式的幅值增益是否满足如下指标：

(a)40～60Hz的幅值增益的相对偏差≤0.5％；

(b)直流分量及100Hz以上的幅值增益≤0.05；

若不满足，重复步骤2，调整频率参数，重新计算初始迭代系数；

步骤8，根据公式5、6，计算基波的实部u_re、虚部u_im,其中x_n为输入波形的采样序列；

步骤9，根据公式7、8，构造复向量并计算相角θ₁；

步骤10，设上次相角计算的结果为θ₂，每个工频周波即20ms计算一次相角，则基波频率f，如公式9所示

步骤11，对θ₁进行延时相位补偿，则基波相位θ如下

步骤12，数据更新，令θ₂＝θ₁，重复步骤8，进行下一次运算。

有益效果：本发明提供的一种高精度抗干扰的电力系统基波频率及相位测量方法，通过复向量提取算法直接获取基波的实部、虚部，避免了数据干扰、谐波、直流分量等因素的影响；并且参数设计时，实部、虚部具有相同的增益与延时，确保了计算结果与原始数据一致，因此本方法计算精度高、抗干扰能力强，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明基波频率及相位测量方法的原理框图；

图2为实部、虚部提取算法的参数设计流程；

图3为满足指标的幅频特性图；

图4为仿真模型结构图；

图5为仿真结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1、图2所示，本发明的电力系统基波频率及相位测量方法，包括以下步骤，其中步骤1～7为实部、虚部提取算法的参数计算过程，步骤8～12为频率相位计算过程。

步骤1，确定复向量提取算法的初始长度N₁及截断长度N；

步骤2，设定频率参数f_c1、f_c2；

步骤3，根据公式1，计算实部提取算法的初始迭代系数a_n，其中f_s为采样频率,n为迭代系数的序号；

步骤4，根据公式2，计算虚部提取算法的初始迭代系数b_n；

步骤5，通过窗函数加权初始迭代系数a_n、b_n；

步骤6，根据公式3、4，截取初始迭代公式，得出迭代系数c_n、d_n；

步骤7，判断实部、虚部的提取公式的幅值增益是否满足如下指标：

(a)40～60Hz的幅值增益的相对偏差≤0.5％；

(b)直流分量及100Hz以上的幅值增益≤0.05；

若不满足，重复步骤2，调整频率参数，重新计算初始迭代系数；

步骤8，根据公式5、6，计算基波的实部u_re、虚部u_im,其中x_n为输入波形的采样序列；

步骤9，根据公式7、8，构造复向量并计算相角θ₁；

步骤10，设上次相角计算的结果为θ₂，每个工频周波即20ms计算一次相角，则基波频率f，如公式9所示

步骤11，对θ₁进行延时相位补偿，则基波相位θ如下

步骤12，数据更新，令θ₂＝θ₁，重复步骤8，进行下一次运算。

下面给出算法实例。针对采样频率为4000Hz的系统，按步骤1-7设计了一组实部、虚部提取参数，如下表所示：

如图3所示，其幅频特性满足步骤7的指标要求。

如图4所示，根据步骤8-11，用MATLAB/Simulink搭建了频率及相角计算的仿真模型。

为了验证算法的抗干扰能力及精确性，输入波形采用基波叠加谐波的方式，如下式所示。其中，基波频率设为55Hz，幅值为100；谐波频率设为100Hz及150Hz，谐波幅值为20，如下式所示。

y＝100sin(2πt·55)+20sin(2πt·100+π/3)+20sin(2πt·150+π/2)(11)

如图5所示，给出了0.1～0.3s的仿真结果。计算出的频率为55Hz，与实际一致；相角的计算结果亦与基波波形吻合。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。