[发明专利]基于二分搜索的电网同步谐波相量测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力行业中同步谐波相量测量方法。

背景技术

近年来，随着工业技术的不断发展，电力系统谐波污染问题日益严重。由于电弧炉、大量电力电子装置以及电力机车等非线性负荷的广泛使用，产生了大量高次谐波，造成电力系统电压、电流畸变，严重危害了电力系统的安全稳定运行，同时影响了用户的用电品质。因此，谐波问题的解决显得十分迫切，而谐波检测、谐波定位是谐波治理的关键前提。

目前，离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform,DFT）算法在静态条件下具有较好应用价值，已被广泛应用到现有谐波测量中。

现有的DFT算法，在非同步采样情况下存在幅值和频率误差，且随着其非同步性的增强，误差急剧增大，往往达不到实际应用的要求。当系统频率是随着系统配置参数以及状态变化而变化时，不能保证采样系统对实测信号一直保持同步采样。对于频率为f_s的正弦序列，它的频谱（）应该只是在f_s处有离散谱。但是，在利用DFT求它的频谱做了截短，结果使信号的频谱不只是在f_s处有离散谱，而是在以f_s为中心的频带范围内都有谱线出现，它们可以理解为是从f_s频率上“泄露”出去的；同时，对一函数实行采样，即是抽取采样点上的对应的函数值。其效果如同透过栅栏的缝隙观看外景一样，只有落在缝隙前的少数景象被看到，其余景象均被栅栏挡住而视为零，这种现象称为栅栏效应。因此应用DFT计算谐波时所引起的频谱泄露和栅栏现象可能会使得DFT算法产生较大的误差，甚至得到一个不可用的结果。DFT算法能够在一定条件和范围下对谐波进行检测，但存在一定的局限性，而谐波测量的准确度直接影响谐波定位。谐波相量测量不准确最终将导致谐波源定位不准，谐波责任难以划分，给谐波治理带来极大困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于二分搜索的电网同步谐波相量测量方法，该方法能减少离散傅里叶变换算法工作在非同步采样条件的影响，保持其对稳定信号的高精度处理功能，有效减少谐波信号频率误差及提高谐波相量测量精度。

本发明为解决其技术问题，所采用的技术方案为：一种基于二分搜索的电网同步谐波相量测量方法，其步骤为：

A、数据采集与预处理

在一个测量周期内，采样器从安装于电网上的电压或电流互感器采集得到电网的电压信号或电流信号，数值信号处理器对采集得到电网的电压信号或电流信号作为输入信号，对输入信号进行离散傅里叶变换得到输入信号的频谱，并对频谱进行最小二乘拟合得到输入信号的频域信号；

B、数值信号处理器根据A步得到的输入信号的频域信号，分别计算出t₁时刻输入信号的相位和t₂时刻的输入信号的相角并利用公式计算出电流的基波频率估计值及其K次谐波的频率估计值其中t₁、t₂分别为间隔小于预计的基波周期的两个时刻，K表示谐波的次数、为大于等于2且小于等于20的整数；

C、对估计频率修正值提取

数值信号处理器根据K次谐波的频率估计值f_k和A步得到的输入信号的频域信号，计算得到频率估计值f_k对应的幅值M_k；同时，根据A步中的输入信号的频域信号分别计算得到f_k-△f=f₁频率和f_k+△f=f₃频率对应的幅值M₁和M3；其中△f为迭代频率间隙；

D、二分法迭代计算谐波相量

将频率估计值f_k对应的幅值M_k、f₁频率对应的幅值M₁和f₃频率对应的幅值M₃，以幅值最大为目标，通过A步中的频域信号进行二分法迭代，得到迭代后的频率估计值f_k’及其对应的幅值M’_k，即测量出K次谐波的相量值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：