[發明專利]基于復頻譜共軛插值的電網信號參數估計方法及系統

在審

• 申請號: 202211599906.0
• 申請日: 2022-12-14
• 公開（公告）號: CN116203316A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 熊德智;鄧漢鈞;李慶先;楊帥;歐陽潔;謝偉峰;劉茜
• 申請（專利權）人: 國網湖南省電力有限公司;國網湖南省電力有限公司供電服務中心（計量中心）;國家電網有限公司
• 主分類號: G01R23/16
• 分類號: G01R23/16;G01R31/08
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 廖元寶

本發明公開了一種基于復頻譜共軛插值的電網信號參數估計方法及系統，此估計方法中的電網信號參數包括頻率、幅值和相位，其中頻率估計方法具體為：S1、獲取N點采樣序列x(n)，并對N點采樣序列x(n)進行傅立葉變換得到N根DFT譜線V[0]，V[1]，...，V[N?1]；S2、獲取N根DFT譜線中幅度最大的譜線，取其索引值為ksubgt;m/subgt;，然后以預定準則確定索引值ksubgt;0/subgt;、ksubgt;1/subgt;和ksubgt;2/subgt;；S3、基于索引值ksubgt;0/subgt;、ksubgt;1/subgt;、ksubgt;2/subgt;和過程系數，得到電網頻率。其中幅值和相位的估計方法中，選擇模值最大的DFT譜線V[ksubgt;1/subgt;]進行幅值和相位估計。本發明利用頻譜的復數共軛特性進行插值處理，消除頻譜泄漏和柵欄效應，實現參數的快速精確測量。

技術領域

本發明主要涉及電網技術領域，具體涉及一種基于復頻譜共軛插值的電網信號參數估計方法及系統。

背景技術

隨著大量具有強隨機的分布式電源和負荷接入電網，強隨機性使電網信號受到強噪聲干擾和信號參數快速波動，因此需要在很短觀測時間內完成測量才有精確測量的可能性。這給現有基波參數估計方法帶來嚴峻挑戰，關系著保護控制系統響應的快速性和準確性，同時會影響電能計量的準確性。因此在強噪聲和短觀測窗條件下實現電網基波參數準確測量對確保電力系統安全穩定運行有重要意義。

國內外研究工作者提出了多種電網參數估計算法，從數學原理方面可分為兩大類：參數方法和非參數方法。參數方法包括最大似然估計、Prony算法、MUSIC算法和矩陣束算法等，需要準確的信號頻率成份個數做前置輸入才能實現參數的精確估計。非參數方法主要指離散傅里葉變換(Discrete?Fourier?transform，DFT)類算法，因計算量小和抗噪性強被廣泛應用于電網參數估計。然而，DFT類算法的測量精確度受到頻率泄漏和柵欄效應的制約。為解決上述問題，加窗插值DFT(Windowed?Interpolated?DFT，WIpDFT)算法被提出。

經典的WIpDFT算法使用頻譜中最大的兩根或三根譜線的幅值進行插值計算實現頻率、幅值和相位參數測量。但是，在現有算法推導過程中，負頻率的影響均被忽略不計。但是，當采樣信號的周波個數較少時，基波參數的測量精確度會因為這個近似操作而降低。

近年來，考慮負頻譜影響的WIpDFT方法已經被提出，進一步提升了頻率、幅值和相位參數的估計性能。例如：例如使用復頻譜進行加窗三譜線插值，即使信號的測量時間在2.5個周期內，也能實現精確的頻率估計。例如提出了基于尺度因子的IpDFT算法來減小負頻譜的干擾。例如使用信號頻譜的實部和虛部來進行插值計算，消除了負頻譜對頻率估計的影響。然而，在強噪聲和短觀測窗長同時存在時，上述算法的測量性能并不理想。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種精準快速的基于復頻譜共軛插值的電網信號參數估計方法及系統。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種基于復頻譜共軛插值的電網信號參數估計方法，電網信號參數包括頻率、幅值和相位，其中頻率估計方法具體為：

S1、獲取N點采樣序列x(n)，并對N點采樣序列x(n)進行傅立葉變換得到N根DFT譜線V[0]，V[1]，...，V[N-1]；

S2、獲取N根DFT譜線中幅度最大的譜線，取其索引值為k_m，然后以預定準則確定索引值k₀、k₁和k₂；

S3、基于索引值k₀、k₁、k₂和過程系數，得到電網頻率。