[發(fā)明專利]基于傅氏算法的電力系統(tǒng)頻率測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711416617.1
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108333426A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫召田;王峰;劉家嚴(yán);邵先鋒;蔡德勝;陳有才
• 申請（專利權(quán)）人: 南京豐道電力科技有限公司
• 主分類號: G01R23/12
• 分類號: G01R23/12;G01R23/16
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;閆方圓

本發(fā)明公開了一種基于傅氏算法的電力系統(tǒng)頻率測量方法，利用傅里葉變換原理，能夠?qū)崿F(xiàn)從受到干擾污染的電壓或電流輸入信號中抽取基波分量，利用相角的變化來計(jì)算測量出電壓或電流輸入信號的頻率，結(jié)合兩個(gè)采樣周期的采樣值，經(jīng)過計(jì)算即可得到頻率變化值，從而得到測量頻率值，然后對計(jì)算出的測量頻率值進(jìn)行有效快速的數(shù)值平均，進(jìn)行頻率修正，即可得出具有較高精度的測量頻率，方法巧妙可靠，計(jì)算精度高和計(jì)算速度快，具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)頻率測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于傅氏算法的電力系統(tǒng)頻率測量方法。

背景技術(shù)

電力系統(tǒng)頻率是重要的電能質(zhì)量指標(biāo)之一。頻率是反映電力系統(tǒng)運(yùn)行特性的重要參數(shù)，通過及時(shí)準(zhǔn)確地測量頻率，可以預(yù)測電力系統(tǒng)是否將失去穩(wěn)定，從而通過切機(jī)、切負(fù)荷控制來保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。對于電力系統(tǒng)頻率監(jiān)測和控制來講，其測量誤差達(dá)到0.01Hz，應(yīng)該說是基本滿足要求的。對于新技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用中要求有精確的頻率測量結(jié)果作為參考值，目前，測量電力系統(tǒng)頻率的通常手段是通過檢測電壓波形的過零點(diǎn)，利用1個(gè)或幾個(gè)周期過零點(diǎn)的時(shí)間間隔來推算出此段波形的頻率。然而，研究表明，在有信號干擾的情況下，用此方法測量的頻率不很精確。即便是在同一電網(wǎng)的不同位置，在同一時(shí)刻，采用此方法的頻率測量結(jié)果也不一致。經(jīng)研究，發(fā)現(xiàn)波形畸變、暫態(tài)過程中的非周期分量、噪聲干擾等是造成頻率測量精度不高的原因。

由于電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)變化比較大，尤其是頻率發(fā)生變化時(shí)，對測量精度會產(chǎn)生較大的影響。在自動準(zhǔn)同期、重合閘和低頻減負(fù)荷等自動裝置中需要測量電力系統(tǒng)頻率。當(dāng)電力系統(tǒng)運(yùn)行情況中，噪聲、諧波和隨機(jī)干擾對測量點(diǎn)電壓信號造成污染，各種擾動操作等造成的相位躍變，電力系統(tǒng)的電流或電壓波形都要發(fā)生畸變，采用基于計(jì)算電壓或電流波形的過零點(diǎn)時(shí)間的周期法測頻方案，得不出令人滿意的頻率測量結(jié)果。除了常用的電壓過零點(diǎn)法，還出現(xiàn)了基于插值的CROSS法、最小二乘法、卡爾茲曼濾波法、基于濾波的方法等方法，這些方法的計(jì)算量偏大，在計(jì)算精度和計(jì)算速度之間不能較好地統(tǒng)一，影響測量的實(shí)時(shí)性，從而降低其的實(shí)際應(yīng)用效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的電力系統(tǒng)頻率測量，計(jì)算精度和計(jì)算速度之間不能較好地統(tǒng)一的問題。本發(fā)明的基于傅氏算法的電力系統(tǒng)頻率測量方法，利用傅里葉變換原理，從受到干擾污染的電壓或電流輸入信號中抽取基波分量，利用相角的變化來計(jì)算測量出電壓或電流輸入信號的頻率，然后對計(jì)算出的測量頻率值進(jìn)行有效快速的數(shù)值平均，進(jìn)行頻率修正，即可得出具有較高精度的測量頻率，方法巧妙可靠，計(jì)算精度高和計(jì)算速度快，具有良好的應(yīng)用前景。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于傅氏算法的電力系統(tǒng)頻率測量方法，包括以下步驟，

步驟(A)，設(shè)定輸入信號u(t)，所述輸入信號是角頻率為ω的正弦波電壓信號，如公式(1)所示，

其中，ω＝ω₀+Δω，為初相位，A為幅值，

ω₀＝2πf₀，f₀＝50Hz，Δf為頻率變化值，Δω為角頻率變化值；

步驟(B)，對頻率為f₀的輸入信號u(t)每個(gè)周期采樣N次，產(chǎn)生采樣序列{u_k}，如公式(2)所示，

對采樣序列{u_k}進(jìn)行傅里葉變換，得到基波分量的頻譜系數(shù)，如公式(3)所示，

其中，如公式(4)、公式(5)所示，