[發明專利]一種適用于不同應用場景的同步相量量測方法

有效

• 申請號: 202011116405.3
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112305310B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 劉灝;許蘇迪;畢天姝;劉剛;段方維;范維
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: G01R25/00
• 分類號: G01R25/00
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

1.一種不同應用場景的同步相量量測方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟1、確定不同應用場景下的同步相量測量需求，包括測量帶寬、上傳速率和誤差極限；

步驟2、根據所確定的測量需求建立通用誤差模型，并基于該通用誤差模型確定復帶通濾波器的參數范圍；其中，所述復帶通濾波器的參數范圍包括通帶范圍、阻帶范圍、通帶增益范圍和阻帶增益范圍；

在步驟2中，所述根據所確定的測量需求建立通用誤差模型的過程具體為：

根據所確定的測量需求，將誤差極限在濾波器通帶和阻帶進行分配，具體來說：

E＝|E(δ)+E(λ)|≤|E(δ)|+|E(λ)|≤E_lim

|E(δ)|≤E_pass,|E(λ)|≤E_stop,E_pass+E_stop≤E_lim

其中，δ為濾波器通帶紋波；λ為濾波器阻帶增益；E(δ)為由通帶紋波引起的測量誤差；E(λ)為由阻帶增益引起的測量誤差；E_lim是標準或應用需求確定的誤差極限；E_pass為分配的通帶誤差極限；E_stop為分配的阻帶誤差極限；

然后根據預先分配的通帶誤差極限和阻帶誤差極限，分別構建通帶增益和阻帶增益與測量誤差之間的函數關系，具體為：

δ≤S₁(E_pass),λ≤S₂(E_stop)

其中，S₁(·)和S₂(·)是與E_pass和E_stop有關的函數，上式表示只要給定了通帶和阻帶的誤差極限，即可確定δ和λ的范圍；

再基于5類誤差極限構建5類誤差模型，具體為TVE_pass(TVE_stop)、AE_pass(AE_stop)、PE_pass(PE_stop)、FE_pass(FE_stop)、和RFE_pass(RFE_stop)；

其中，TVEpass和TVEstop表示通帶和阻帶的相量誤差極限；AEpass和AEstop表示通帶和阻帶的幅值誤差極限；PEpass和PEstop表示通帶和阻帶的相角誤差極限；FEpass和FEstop表示通帶和阻帶的頻率誤差極限；RFEpass和RFEstop表示通帶和阻帶的頻率變化率誤差極限；

在步驟2中，基于該通用誤差模型確定復帶通濾波器的參數范圍，具體過程為：

以相角調制信號為例，當相角發生正弦調制時，電力信號模型表示為：

式中，X_m,f₀,和φ₀分別表示基波信號的幅值、頻率和初相角；k_p,f_m和φ_m是相角調制深度、調制頻率和調制初相角；

根據貝塞爾函數，相角調制信號分解為：

式中，J_n(·)表示n階的第一類貝塞爾函數；

當通帶中僅含有三個頻率分量時，提取出的相量表示為：

式中，初相位設為0以方便推導，此外令k_p0＝J₀(k_p)|H(f₀)|,k_p1＝J₁(k_p)|H(f₀+f_m)|,和k_p2＝J₁(k_p)|H(f₀–f_m)|，H(f₀)表示在基頻f₀處的復帶通濾波器的頻率響應，則：

理論相量為：

幅值誤差為：

AE＝||X⁺(t)|-|z(t)||/|X⁺(t)|＝|1-|Δz(t)||

令k_p2＝k_p1+Δk_p2，則：

上式中|Δz(t)|的取值范圍為：

因此，幅值誤差的范圍有兩種情況：

AE≤|1-k_p0+|Δk_p2||≤|1-k_p0|+|Δk_p2|

或

通帶增益的范圍在1-δ和1+δ之間，因此k_p0的范圍在J₀(k_p)(1–δ)和J₀(k_p)(1+δ)之間，k_p1和k_p2的范圍在J₁(k_p)(1–δ)和J₁(k_p)(1+δ)之間；

幅值誤差的最大值為：

AE≤1-(1-δ)J₀(k_p)+2δ·J₁(k_p)≤AE_pass

或

因此，通帶紋波δ的范圍為：

δ≤(AE_pass-1+J₀(k_p))/(J₀(k_p)+2J₁(k_p))

或

其它誤差極限下的通帶紋波范圍推導過程與上述相同，給定相角誤差極限時的通帶紋波范圍為：

給定相量誤差極限時的通帶紋波范圍為：

δ≤(TVE_pass-TVE₂)/(J₀(k_p)+2J₁(k_p))

式中，TVE₂與通帶增益無關，只取決于其它相角調制信號中的其他分量，該值可通過仿真確定；

給定頻率誤差極限時的通帶紋波范圍為：

式中，D(f_m)表示頻率測量算法在f_m處的幅度響應；

給定頻率變化率誤差極限時的通帶紋波范圍為：

式中，R(f_m)表示頻率測量算法在f_m處的幅度響應；

當信號中沒有帶外間諧波和諧波時，只需要抑制基波負頻分量，此時提取的相量表示為：

為增加通用性，上式進一步表示為：

式中，f_i是某一個干擾信號的頻率；k_i是干擾信號的幅值和基波幅值的比值；

令G_i＝|H(f_i)|·k_i和p_i＝2π(f_i–f₀)，則：

幅值誤差為：

因此，阻帶增益必須滿足：

|H(f_i)|≤AE_stop/k_i

進一步的，相角誤差極限時的阻帶增益范圍為：

頻率誤差極限時的阻帶增益范圍為：

頻率變化率誤差極限時的阻帶增益范圍為：

由于得到了多個濾波器通帶和阻帶增益范圍，只需要選擇最小的通帶和阻帶增益即可；

步驟3、基于得到的復帶通濾波器的參數范圍，利用迭代重加權算法設計復帶通濾波器，并得到所設計復帶通濾波器的系數；

步驟4、驗證設計出的復帶通濾波器的響應時間和上送延時是否滿足標準要求，若不滿足，則調整測量需求重新設計復帶通濾波器，若滿足，則利用該復帶通濾波器進行相量測量。