[發明專利]一種基于正交子帶的電網瞬時頻率測量與跟蹤方法

有效

• 申請號: 201510430159.1
• 申請日: 2015-07-21
• 公開（公告）號: CN105044456B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 楊波;鄭文鋒;劉珊;謝建軍
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01R23/12
• 分類號: G01R23/12
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發明屬于電力系統應用技術領域，更為具體地講，涉及一種基于正交子帶的電網瞬時頻率測量與跟蹤方法。

背景技術

頻率是電力系統的主要物理參數之一，也是反映電力系統運行狀態的重要參數，對電力系統頻率進行測量與跟蹤，是保證電力系統正常運行、控制與調節的前提。

電網電力信號在實際監測過程中常因電磁暫態、諧波負載、高低頻電磁干擾、非線性設備等因素的影響，頻率隨時間發生變化，屬于非平穩信號，采用傳統意義的周期頻率加以描述具有一定的局限性。而瞬時頻率可描述電力系統的頻率特性，通過實時測量與跟蹤實現對系統的運行狀態的評估、控制。

目前對電力系統頻率的測量方法主要分為軟件測頻和硬件測頻法；對電力系統頻率的測量跟蹤主要有電壓過零點周期法、離散傅里葉變換求解法、基于插值的方法、最小二乘法、遞推最小二乘法、卡爾曼濾波法、小波分析、自適應陷波器法、牛頓迭代分析法等。

上述現存方法大多計算量偏大，測量精度受諧波分量影響較大，在準確度、跟蹤速度、實現難易程度、抗干擾性能上各有優缺點。洪慧娜等在文獻《電力系統基波交流采樣頻率修正的“三點”算法》中說明了基于“三點”算法的誤差隨著頻率波動和采樣頻率與波動情況不一致等，會有較大誤差；李軍等在專利《電力系統中正弦波信號的頻率測量方法及系統》中提出的電壓過零點法，容易受測量設備及諧波干擾，對采樣設備要求較高；路文喜等在專利《改進雙正交濾波器組的電網頻率跟蹤算法》中提出的基于雙正交濾波器電網頻率測量改進算法，李軍等在專利《電力系統頻率測量方法及裝置》中提出的基于比例積分的頻率測量方法，葉松等在專利《一種電力系統頻率測量的方法》中提出的基于積分求頻率的方法，以及其他基于相位差分法、積分法等方法，都存在著對幅值變化敏感，即當周期內輸入流信號的幅值發生改變時，周期內積分為零的規則將不再成立，導致整個周期的瞬時頻率測量出現較大誤差的問題。此外，部分基于積分的測量方法，其參照起點的選取非常關鍵，而隨著電網頻率的波動，往往導致其選擇的起點并不是全局適用的，因而導致較大誤差。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于正交子帶的電網瞬時頻率測量與跟蹤方法，通過線性最優融合方式有效解決傳統瞬時頻率測量方法在部分采樣區間誤差較大的問題；同時僅利用三個采樣點數據進行關鍵頻率的計算，有效減少了計算量，實時性大大提高；還具有抗干擾性能好，受諧波分量影響小，并不受同步采樣問題限制，準確度和實用性大大提高。

為實現上述發明目的，本發明基于正交子帶的電網瞬時頻率測量與跟蹤方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、對輸入的模擬信號x(t)進行離散化采樣，得到離散的采樣信號p(k)＝x(kT_s)，其中，k＝1,2,3...為采樣時刻，T_s為采樣間隔時間；

(2)、基于電網基頻f₀和采樣間隔時間T_s，構造正弦和余弦數字濾波器濾波器，其單位脈沖響應分別為：

h₁(n)＝sin[2π(n+1)/N]

h₂(n)＝cos[2π(n+1)/N]；

其中，n＝0,1,...,N-1，N＝1/(T_sf₀)；

(3)、利用上述數字濾波器分別對離散采樣信號進行濾波處理，得到兩個相位相差90°的正弦子帶信號，即p₁(k)和p₂(k)；

(4)、設置步長為3的滑動窗口，再將滑動窗口的初始位置分別置于兩子帶信號的首端，并依次滑動，滑動計算各采樣時刻規范化的瞬時角頻率的余弦值；

其中，的取值為

(5)、對步驟(4)中，各個采樣時刻計算得到的余弦值進行融合；

通過反余弦計算可得到瞬時角頻率進而得到優化后的電網瞬時頻率的測量值

(6)、對電網瞬時頻率的測量值進行卡爾曼濾波，得到精確的瞬時頻率估計值再利用實時跟蹤電網的瞬時頻率。

本發明的發明目的是這樣實現的：