[发明专利]一种基于时域准同步的动态信号相量测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及信号相量测量领域，具体是一种基于时域准同步的动态信号相量测量方法。

背景技术

随着电力电子装置、半导体器件等非线性负荷的广泛使用，电能质量问题层出不穷。如何实时测量和分析电力系统的实际情况，从而提高电能质量，已经成为近年来电力系统研究领域中的重点和热点。

目前，电力系统中电压和电流都是随时间做正弦变化的时变量，都可用相量表示。但是，IEEE Standard1344-1995定义相量的前提为在稳态条件下，即信号的幅值、频率和相角都保持不变，在额定频率下，相角的瞬时测量值相对与绝对参照时间保持不变。但是在实际应用中，信号频率偏离额定频率时，相角随频率变化，从而引入误差，难以得到准确的计算值。

现有的相量测量算法主要有过零检测法、离散傅里叶变换（DFT）法等。过零检测法是比较直观的一种同步相量测量方法，只需要将被测工频信号的过零点时刻与某一时间标准相比较即可得出相角差；过零检测法原理简单，易于实现，但其精度不高，且易受谐波、噪声分量的影响。当电网中频率无偏移时，DFT算法可以准确地测量信号的幅值和相位，且其计算精度不受恒定直流分量和整次谐波分量的影响；但当电网频率有偏移时，由于非同步采样引起的频谱泄漏，相量测量的精度会迅速下降。

为此，研究一种高准确度的动态信号相量测量方法在保证电力系统安全稳定运行方面具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种基于时域准同步的动态信号相量测量方法，避免了非同步采样引起的频谱泄漏对现有相量测量方法测量精度的影响；基于时域准同步的动态信号相量测量算法运算复杂度小于现有的基于离散傅里叶变换的相量测量算法，且基于时域准同步的动态信号相量测量算法易于在嵌入式系统中实现。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：利用时域准同步采样算法估计采样信号的基波频率，利用基波频率估计值对采样信号做时域准同步化，通过牛顿插值法重构准同步采样序列，利用FFT对插值重构的准同步采样序列进行频域分析，得到动态信号相量测量结果。

本发明的技术方案如下：

一种基于时域准同步的动态信号相量测量方法，包括以下步骤：

步骤一：对电力信号进行采样，在采样后单独将采样信号另存为原始采样样本，同时对采样信号添加滤波器，以滤除谐波和噪声干扰；

步骤二：对经滤波处理后的采样信号采用准同步采样算法估计基波频率，得到基波频率估计值f_g；

步骤三：利用步骤二中得到的频率估计值f_g以及一个信号周期内采样点数N计算得到准同步采样周期λ，以λ为步长，采用牛顿插值法对步骤一中原始采样样本中的离散序列做时域准同步化处理，插值重构获取准同步采样序列；

步骤四：对步骤三中得到的准同步采样序列，采用矩形窗截取一个信号周期，进行FFT频谱分析，得到信号的频域信息，并计算电力信号的频率、幅值以及相位参数，得到动态信号相量测量结果。

所述的方法，步骤一中滤波器的选取规则是：

选取三角自卷积窗数字带通FIR滤波器，下阻带边缘频率为40Hz，下通带边缘频率为46Hz，上通带边缘频率为54Hz，上阻带边缘频率为60Hz，通带纹波0.01，阻带纹波0.1。其中，三角自卷积窗数字带通FIR滤波器的设计方法是：首先，根据对阻带衰减及过渡带的指标要求，选择三角自卷积窗，并估计窗口长度；其次，构造理想数字滤波器的频率响应函数，并根据理想频率响应函数求出理想单位脉冲响应；最后，对脉冲响应函数加三角自卷积窗得到设计结果。

所述的方法，步骤二中准同步采样算法参数选取规则是：

单次迭代点数D为64，迭代次数P为5。

以下通过理论推导的方式对本发明达成的技术效果进行说明。

时域内连续的谐波信号通常可以表示为如下形式