[發(fā)明專利]一種適應(yīng)變頻過程的電氣量相量測量方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410332466.1
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN105277781B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈全榮;王凱;王光;陳俊;嚴(yán)偉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京南瑞繼保電氣有限公司;南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25
• 代理公司: 暫無信息
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)電氣量測量，具體的說，是一種適應(yīng)電氣設(shè)備變頻過程中的電流電壓相量的測量方法及裝置。

背景技術(shù)

電力系統(tǒng)電流電壓相量的測量是保護控制系統(tǒng)中首先需要解決的問題，其計算精度的好壞將直接影響保護和控制元件的性能。目前，相量測量計算的主要方法有：

(1)固定數(shù)據(jù)窗的傅氏算法。保護控制系統(tǒng)使用固定的采樣頻率，獲取電流電壓的離散信號；取一個固定的數(shù)據(jù)窗，比如對應(yīng)于一個工頻周期，數(shù)據(jù)窗取24個點；然后用傅氏算法計算出電流電壓的實部和虛部，得到對應(yīng)的相量。

這種方法的優(yōu)點是測量計算簡單，但是缺點也很明顯，當(dāng)電氣量頻率偏移額定值時，將會產(chǎn)生測量計算誤差，且頻率偏移越大，計算誤差越大。因此只能應(yīng)用于系統(tǒng)頻率變化范圍很窄的場合。

(2)頻率跟蹤的傅氏算法。該方法與上述方法基本相同，為了為獲得較為準(zhǔn)確的相量測量值，保護控制系統(tǒng)根據(jù)電氣量頻率的變化而調(diào)整硬件的采樣頻率，使一個固定點數(shù)的數(shù)據(jù)窗所對應(yīng)的頻率和電氣量實際的頻率基本相同；然后同樣采用固定數(shù)據(jù)窗的傅氏算法，測量計算出電流電壓的實部和虛部，得到對應(yīng)的相量。

這種方法可以提高頻率偏移情況下電氣量相量的測量精度，但是它要求頻率不能快速變化，否則在快速跟蹤頻率的過程中，測量計算結(jié)果會出現(xiàn)不穩(wěn)定振蕩的問題。

(3)變數(shù)據(jù)窗的傅氏算法。這種方法不調(diào)整硬件的采樣頻率，它根據(jù)電氣量頻率的變化，調(diào)整數(shù)據(jù)窗的點數(shù)，比如額定頻率時數(shù)據(jù)窗取24個點，當(dāng)實際的頻率為額定頻率的一半時，數(shù)據(jù)窗變?yōu)?8點；采用傅氏算法，測量計算出電流電壓的實部和虛部，得到對應(yīng)的相量，具體計算時需要根據(jù)數(shù)據(jù)窗的點數(shù)實時計算每個數(shù)據(jù)點對應(yīng)的傅氏計算的正弦余弦系數(shù)。

這種方法最大的特點是頻率快速變化的情況下，仍然可以測量計算出較好的結(jié)果。但是，由于變化的數(shù)據(jù)窗不能完全和電氣量實際的周期精準(zhǔn)對應(yīng)，即，一個實際的周期內(nèi)，數(shù)據(jù)窗的點數(shù)不一定是整數(shù)，此時會造成測量計算誤差，頻率越大，誤差越大。

通常情況下，電力系統(tǒng)電網(wǎng)頻率比較穩(wěn)定，不會出現(xiàn)大范圍波動，因此并網(wǎng)的發(fā)電機等設(shè)備的頻率比較穩(wěn)定。在一些變頻啟動的場合，比如抽蓄機組SFC變頻啟動、背靠背變頻啟動，燃?xì)廨啓C組LCI變頻啟動，一些大型電動機組變頻調(diào)速，這些情況下，電氣設(shè)備的頻率會大范圍變化，且變化比較迅速。上述幾中測量電氣量相量的方法或者不能應(yīng)用，或者測量精度不夠。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提供一種適應(yīng)變頻過程的電氣量相量測量方法，解決頻率快速變化情況下以往方法無法測量或者測量誤差較大的問題。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種適應(yīng)變頻過程的電氣量相量測量方法，其特征是，包括步驟：

保護控制裝置使用固定采樣頻率f_s采集電壓互感器和/或電流互感器的二次側(cè)電壓電流；

根據(jù)所述二次側(cè)電壓電流，使用測頻算法檢測電壓電流信號頻率f_e；依據(jù)所述f_s和f_e獲得數(shù)據(jù)窗長度N；在所述數(shù)據(jù)窗內(nèi)通過插值方法計算得到新的N個數(shù)據(jù)值，且所述新的N個數(shù)據(jù)值中相鄰數(shù)據(jù)點的時間間隔為

將所述N個數(shù)據(jù)值使用相量算法進行相量計算從而得到電壓電流的相量；

將所述電壓電流的相量值送至保護測控模塊。

上述方案中：依據(jù)所述f_s和f_e獲得數(shù)據(jù)窗長度N具體指：依據(jù)固定采樣頻率f_s與電壓電流信號頻率f_e確定相量算法的數(shù)據(jù)窗長度，采用如下公式：

式中，[ ]表示向下或向上取整。

上述方案中：在所述數(shù)據(jù)窗內(nèi)通過插值方法計算得到新的N個數(shù)據(jù)值具體指，使用泰勒插值法計算得到：

式中，e'(k)為插值后數(shù)據(jù)值，e(k)為當(dāng)前數(shù)據(jù)窗采樣值，A_e為當(dāng)前電氣量幅值，由于電氣量幅值在一個采樣間隔時間內(nèi)變化很小，A_e使用前一采樣點時刻相量計算得到的電氣量幅值。

上述方案中：所述保護測控模塊包括但不限于：保護元件、監(jiān)測元件或控制模塊。

另外本發(fā)明還提供一種適應(yīng)變頻過程的電氣量相量測量裝置，其特征在于包括采樣模塊、計算模塊、邏輯判斷及控制模塊，其中：

所述采樣模塊用于裝置對電壓互感器或電流互感器的二次電氣量進行采樣；

所述計算模塊用于根據(jù)采樣模塊結(jié)果，計算相量的實部、虛部、幅值、相角；