[發(fā)明專利]一種電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)瞬時(shí)頻率識(shí)別算法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111498287.1
• 申請(qǐng)日: 2021-12-09
• 公開（公告）號(hào): CN114217126B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蒙宣任;劉默斯;彭博雅;宋益;林翔宇;李俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01R23/10
• 分類號(hào): G01R23/10
• 代理公司: 南寧東智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 45117
• 代理人: 黎華艷

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)信號(hào)分析領(lǐng)域，具體涉及一種電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)瞬時(shí)頻率識(shí)別算法。本發(fā)明針對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)過程可能出現(xiàn)的頻率動(dòng)態(tài)變化行為導(dǎo)致電壓、電流等電氣量信號(hào)出現(xiàn)非平穩(wěn)特性情況，瞬時(shí)頻率難以識(shí)別的問題，利用時(shí)變函數(shù)的泰勒多項(xiàng)式將不同形式的時(shí)變頻率參數(shù)化，根據(jù)正弦波信號(hào)過零點(diǎn)相位與時(shí)間周期的關(guān)系構(gòu)建關(guān)于時(shí)變頻率關(guān)于時(shí)間的泰勒多項(xiàng)式系數(shù)的線性方程組，通過求解該方程組得到泰勒多項(xiàng)式系數(shù)，進(jìn)而得出不同時(shí)刻的瞬時(shí)頻率。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)過程簡單，且不受信號(hào)幅值調(diào)制行為（amplitude?modulation，AM）的影響，能夠以較高精度識(shí)別不同形式的時(shí)變頻率，可實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)相量動(dòng)態(tài)頻率精確測量，幫助保護(hù)裝置等自動(dòng)裝置準(zhǔn)確動(dòng)作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)信號(hào)分析領(lǐng)域，具體涉及一種電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)瞬時(shí)頻率識(shí)別算法。

背景技術(shù)

頻率作為重要電能質(zhì)量參數(shù)，表征有功功率供需動(dòng)態(tài)平衡和電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定狀況。準(zhǔn)確識(shí)別電網(wǎng)頻率是保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行并為低頻減載、保護(hù)等裝置準(zhǔn)確動(dòng)作的重要前提。當(dāng)系統(tǒng)處于故障擾動(dòng)的暫態(tài)過程時(shí)，電壓、電流等信號(hào)的頻率和幅值隨時(shí)間變化，使其成為非平穩(wěn)信號(hào)。傳統(tǒng)基于平穩(wěn)信號(hào)假設(shè)的方法將難以準(zhǔn)確識(shí)別非平穩(wěn)信號(hào)的瞬時(shí)頻率(instantaneous frequency，IF)。

過去電力系統(tǒng)頻率識(shí)別算法主要針對(duì)信號(hào)頻率偏離額定值并保持相對(duì)穩(wěn)定的過程，包括過零點(diǎn)算法、離散傅里葉及其一系列改進(jìn)算法(Discrete Fourier Transform，DTF)、最小二乘法(Least Squares,LS)等。過零點(diǎn)算法將信號(hào)相鄰過零點(diǎn)之間的時(shí)間差倒數(shù)視為頻率，這種方法無法表征頻率的動(dòng)態(tài)過程，計(jì)算結(jié)果為所取過零點(diǎn)時(shí)間段內(nèi)的平均頻率。DFT類算法以傅里葉分析為理論基礎(chǔ)，當(dāng)信號(hào)頻率快速變化時(shí)DFT會(huì)產(chǎn)生柵欄效益，影響計(jì)算精度。LS算法無法應(yīng)對(duì)頻率快速變化和偏離額定值較大的情況，且涉及大量矩陣運(yùn)算，無法實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)頻率快速準(zhǔn)確的識(shí)別。

高比例新能源接入電網(wǎng)是新型電力系統(tǒng)的一大特征，新能源的隨機(jī)性、波動(dòng)性和低慣性特征使電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨巨大挑戰(zhàn)，系統(tǒng)頻率可能在受擾的情況下發(fā)生劇烈波動(dòng)，此時(shí)電壓等信號(hào)將非平穩(wěn)特征更加明顯。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明針對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)過程可能出現(xiàn)的時(shí)變頻率信號(hào)，提出一種電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)瞬時(shí)頻率識(shí)別算法，該算法利用泰勒多項(xiàng)式將時(shí)變頻率參數(shù)化，利用信號(hào)相位與時(shí)間關(guān)系構(gòu)建關(guān)于泰勒多項(xiàng)式系數(shù)的線性方程組，求解該方程組即得到IF的表達(dá)式，該算法可計(jì)算信號(hào)任意時(shí)刻的瞬時(shí)頻率，且精度極高，且不受信號(hào)幅值調(diào)制、頻率調(diào)制行為的影響，實(shí)現(xiàn)過程簡單，具有較高實(shí)用價(jià)值，對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)頻率識(shí)別具有指導(dǎo)意義。具體技術(shù)方案如下：

一種電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)瞬時(shí)頻率識(shí)別算法，包括以下步驟：

S1：以固定采樣率對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行采樣，生成離散信號(hào)序列；

S2：搜索整段電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)所有過零點(diǎn)附近的4個(gè)采樣點(diǎn)；

S3：判斷整段電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)的采樣時(shí)長是否大于2個(gè)周期；若是整段電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)的采樣時(shí)長小于等于2個(gè)周期，則返回步驟S1繼續(xù)以固定采樣率對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行采樣；若是整段電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)的采樣時(shí)長大于2個(gè)周期，則進(jìn)行下一步驟S4；

S4：根據(jù)需求確定時(shí)變頻率泰勒多項(xiàng)式的最高次數(shù)；

S5：構(gòu)建牛頓插值多項(xiàng)式求解電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)過零點(diǎn)與之后第一個(gè)采樣點(diǎn)之間的時(shí)間間隔Δt_i；i＝1,2,3,4；

S6：根據(jù)求解出來的時(shí)間間隔Δt_i求解電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)分別過零點(diǎn)時(shí)的時(shí)刻t_0i；S7：構(gòu)建電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)的時(shí)變頻率模型，并對(duì)時(shí)變頻率模型進(jìn)行n階泰勒展開，得到頻率泰勒多項(xiàng)式，構(gòu)建泰勒多項(xiàng)式系數(shù)的代數(shù)方程并求解；

S8：得出時(shí)變頻率的泰勒多項(xiàng)式的具體表達(dá)式；