[发明专利]一种同步相量和频率测量动态性能的方法

说明书

本发明涉及一种同步相量和频率测量动态性能的方法。本发明提供一种仅通过一个数据窗求取同步相量和频率的方法。本发明的方法对电力信号模型进行泰勒级数展开，并通过一个数据窗上基波和谐波含量计算相量、频率和频率变化率，响应速度快，可在一个数据窗内求取频率和频率变化率，同时解决了含有谐波情况下相量计算问题。可以广泛应用于电力系统同步相量和频率测量中。

技术领域

本发明涉及电力系统自动测量技术领域，特别涉及一种同步相量和频率测量动态性能的方法。

背景技术

近年来，以同步相量测量装置(phasor measurement unit，PMU)为基础的广域测量系统在电力系统动态过程监视、在线辨识、安全稳定分析以及广域控制等领域中得到广泛的应用。随着广域测量系统应用研究的不断深入，PMU装置对同步相量测量的要求越来越高，其相量算法的快速性将直接影响到相关应用功能的可靠性。

传统离散傅里叶变换算法(简称DFT Discrete Fourier Transform)，在频率偏移额定频率时，由于频谱泄漏，精度难以满足要求。目前已有通过两个数据窗，对DFT计算结果进行修正的相量测量算法，相对于传统的DFT算法，该算法较大的提高了计算精度，但由于需要两个数据窗数据，且信号模型的限制，对突变等动态过程响应速度有限，在幅值时刻变化时难以满足精度要求。已有基于频域动态模型的算法，利用同一数据窗不同频点滤波器的响应来修正DFT的估计结果，提高了对突变等动态过程的响应速度，但无法抑制谐波，且未给出求取频率和频率变化率的方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种同步相量和频率测量动态性能的方法，本发明对电力信号模型进行泰勒级数展开，并通过一个数据窗上基波和谐波含量计算相量、频率和频率变化率，可在一个数据窗内求取频率和频率变化率，响应速度快；本发明解决了含有谐波情况下相量计算问题，具有谐波抑制能力。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：本发明的一种同步相量和频率测量动态性能的方法。包括以下步骤：

(1)初始化，确定每周波采样点数N，电力信号模型中幅值和相角的阶数K，离散傅里叶变换的系数g_k；

(2)信号建模，该方法采用复信号P(t)表示电力信号的动态相量为P(t)＝a(t)e^jθ(t)，电力信号x(t)表示为：式中：a(t)和θ(t)分别表示电力信号幅值和相角的多项式；f₀为额定频率，为更好反映信号的动态特征，假设相量模型中幅值和相角均为K阶模型，即

(3)将a(t)和θ(t)代入电力信号的动态相量P(t)中，并通过泰勒级数展开，化为K阶实部和虚部形式：

得：

(4)对电力信号x(t)进行每周波N点采样，得离散化信号模型，再对信号模型加窗后进行系数为的DFT变换，本方法选取矩形窗，得到复数域方程：

将复数域方程展开成实部虚部形式：

式中：X_k＝[X_kR X_kI]^T为第k次傅里叶变换计算结果；M_k＝[M_k0M_k1…M_kK]为方程组系数，

为信号模型的参数；

当k＝0,1,...,K，联立方程组，得：