[發明專利]基于傅氏算法的電力系統頻率測量方法

在審

• 申請號: 201711416617.1
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108333426A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 孫召田;王峰;劉家嚴;邵先鋒;蔡德勝;陳有才
• 申請（專利權）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: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;閆方圓

本發明公開了一種基于傅氏算法的電力系統頻率測量方法，利用傅里葉變換原理，能夠實現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算測量出電壓或電流輸入信號的頻率，結合兩個采樣周期的采樣值，經過計算即可得到頻率變化值，從而得到測量頻率值，然后對計算出的測量頻率值進行有效快速的數值平均，進行頻率修正，即可得出具有較高精度的測量頻率，方法巧妙可靠，計算精度高和計算速度快，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及電力系統頻率測量技術領域，具體涉及一種基于傅氏算法的電力系統頻率測量方法。

背景技術

電力系統頻率是重要的電能質量指標之一。頻率是反映電力系統運行特性的重要參數，通過及時準確地測量頻率，可以預測電力系統是否將失去穩定，從而通過切機、切負荷控制來保證系統的安全運行。對于電力系統頻率監測和控制來講，其測量誤差達到0.01Hz，應該說是基本滿足要求的。對于新技術在電力系統的應用中要求有精確的頻率測量結果作為參考值，目前，測量電力系統頻率的通常手段是通過檢測電壓波形的過零點，利用1個或幾個周期過零點的時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。即便是在同一電網的不同位置，在同一時刻，采用此方法的頻率測量結果也不一致。經研究，發現波形畸變、暫態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。

由于電力系統運行狀態變化比較大，尤其是頻率發生變化時，對測量精度會產生較大的影響。在自動準同期、重合閘和低頻減負荷等自動裝置中需要測量電力系統頻率。當電力系統運行情況中，噪聲、諧波和隨機干擾對測量點電壓信號造成污染，各種擾動操作等造成的相位躍變，電力系統的電流或電壓波形都要發生畸變，采用基于計算電壓或電流波形的過零點時間的周期法測頻方案，得不出令人滿意的頻率測量結果。除了常用的電壓過零點法，還出現了基于插值的CROSS法、最小二乘法、卡爾茲曼濾波法、基于濾波的方法等方法，這些方法的計算量偏大，在計算精度和計算速度之間不能較好地統一，影響測量的實時性，從而降低其的實際應用效果。

發明內容

本發明的目的是克服現有的電力系統頻率測量，計算精度和計算速度之間不能較好地統一的問題。本發明的基于傅氏算法的電力系統頻率測量方法，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算測量出電壓或電流輸入信號的頻率，然后對計算出的測量頻率值進行有效快速的數值平均，進行頻率修正，即可得出具有較高精度的測量頻率，方法巧妙可靠，計算精度高和計算速度快，具有良好的應用前景。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種基于傅氏算法的電力系統頻率測量方法，包括以下步驟，

步驟(A)，設定輸入信號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)每個周期采樣N次，產生采樣序列{u_k}，如公式(2)所示，

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

其中，如公式(4)、公式(5)所示，