[發明專利]一種高精度同步相量動態測量的方法

無效

• 申請號: 201210289520.X
• 申請日: 2012-08-14
• 公開（公告）號: CN102788901A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 吳小東;薛吉;奚培鋒;李強;琚長江;阮于東
• 申請（專利權）人: 上海電器科學研究院;上海電器科學研究所（集團）有限公司
• 主分類號: G01R25/00
• 分類號: G01R25/00;G01R23/165
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;柏子雵

技術領域

本發明涉及一種基于GPS同步時鐘進行高精度同步相量動態測量的方法，屬于電力系統信息化與自動化技術領域。

背景技術

隨著人類對環境問題的認識日益深刻，電力能源在人類生活中的應用也日漸廣泛，伴隨著區域電力系統互聯的發展，電力系統的規模也日趨龐大，電網中的突發事件對整個電網的干擾影響也越大越難以檢測及維修。因此需要對電網進行實時動態監控，采集高精度、實時動態的電力系統數據，精確的分析電網的負荷狀態，對電網電力進行統一調配，對各個變電站運行故障進行預警，分析。而實現對整個電網中位于不同地理位置的電力信號進行采集，實時同步檢測跨越較大地理范圍節點上的關鍵電量，就必須依賴相量測量單元(英文名稱為：Phasor?Measurement?Unit，簡稱PMU)進行數據采集。

傳統上用于相量測量單元的同步相量測量方法大多采用固定時間窗、固定采樣頻率進行信號采樣，然后依據復雜算法和實際頻率偏離額定頻率的情況，估算附加誤差，再進行相應的補償，以計算出非額定頻率情況下的相量信息，因此其數據運算量較大，并且影響數據的實時性采樣與計算。而且通過復雜算法進行頻率偏離額定值的計算，其計算的理論值與實際值較存在不確定性的偏差，特別是當實際頻率偏離額定頻率較遠時，數據計算誤差會隨著偏移量的增大而增大，因而適應的測量范圍較小，數據的精度不高。因此，傳統方法在數據的精度和實時性上有較大的缺點。因此，需要采用一種新的高精度實時相量測量方法來解決傳統上固定采樣頻率及算法修正的不足，提高系統對頻率偏差的適應性，同時也提高系統的實時、高精度數據采樣。

專利申請號為03145952.8和200910087425.X的發明專利，其就是采用固定時間窗、固定采樣頻率進行信號采樣，通過算法計算頻率偏離額定頻率情況下的誤差，在一定程度上提高了頻率偏離情況下的測量精度，但當頻率偏離額定范圍較大情況下，其通過算法計算的誤差與實際誤差相差較大，進而影響測量精度。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠消除頻率偏離額定頻率時對數據精度的影響的用于相量測量單元的同步相量測量方法。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種高精度同步相量動態測量的方法，其特征在于，步驟為：

第一步、通過波形轉換電路將輸入相量測量單元的正弦波信號轉換成方波信號，檢測該方波信號的過零點以及信號頻率；

第二步、將檢測到的信號頻率，依據一階滯后濾波算法進行頻率軟件濾波，濾去信號中的諧波和雜波干擾，得到穩定的實際信號頻率；

第三步、根據方波信號的過零點啟動采樣，根據實際信號頻率調整采樣頻率，保證在信號采樣符合傅里葉算法要求的情況下，始終在完整信號周期采樣，將一個完整信號周波的所有采樣數據點進行存儲，根據GPS同步時鐘所提供的時間同步信號讀取所有采樣數據點并進行離散傅里葉算法運算，得到信號的相量；

第四步、采用相關算法對GPS同步時鐘的時刻點與各個采樣數據點之間的時間偏差進行修正，從而提高系統測量數據的精度。

本發明提供的方法采用數據采樣與數據信息處理相互獨立的方式，并結合信號頻率進行相應的濾波，然后根據頻率調整數據采樣的時間間隔，并依據同步時鐘信號進行DFT運算，消除了頻率偏離額定頻率時對數據精度的影響，實現了頻率偏離額定頻率大范圍情況下，系統依然具有較高精度的相量測量。

實踐證明，該方法能夠適應頻率大范圍偏離額定頻率的情況，在額定頻率5％的范圍內偏離時(45Hz～55Hz)，其均具有較高的測量精度，同時也避免信號中諧波和雜波的干擾，實現對信號的穩定測量。

附圖說明

圖1為本發明提供的總體設計框圖；

圖2為同步時鐘點與采樣點的時間偏差示意圖。

具體實施方式

為使本發明更明顯易懂，茲以優選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。

結合圖1，本發明提供了一種高精度同步相量動態測量的方法，其步驟為：

第一步、通過波形轉換電路將輸入相量測量單元的正弦波信號轉換成方波信號，利用相量測量單元的DSP的的輸入捕獲單元檢測該方波信號的過零點以及信號頻率；

第二步、將檢測到的信號頻率，依據一階滯后濾波算法進行頻率軟件濾波，濾去信號中的諧波和雜波干擾，得到穩定的實際信號頻率，一階滯后濾波算法的公式為：

一階滯后濾波算法其中，Frq_{_n}表示當前時刻頻率值(麻煩補充)，k表示濾波參數(麻煩補充)，Frq_{_(n-1)}表示前一時刻頻率值(麻煩補充)。