[发明专利]一种新能源汇集地区次同步谐波检测方法

说明书

本发明涉及电力系统动态振荡检测与分析领域，提出了一种新能源汇集地区次同步谐波检测方法，该方法是引入一种基于加窗插值FFT(fast Fourier transform，FFT)算法和全相傅里叶变换(all‑phase FFT，apFFT)的组合优化算法。通过对主瓣窄的Hanning窗和旁瓣特性优良的4项3阶Nuttall窗做卷积运算得到混合卷积窗函数，推导出基于二阶混合窗的三谱线插值校正公式，并应用于幅值和频率参数检测；利用传统FFT与apFFT相位谱差值，推导出基于二者的相位差频谱校正算法，并应用于提取相位参数。

技术领域

本发明涉及电力系统动态振荡检测与分析领域，具体涉及一种检测新能源汇集地区次同步谐波的方法。

背景技术

随着风电、光伏等新能源的大规模开发和利用，新能源风力发电中广泛使用的电力电子整流、逆变装置，如风机整流器、SVG等无功补偿设备，会产生大量谐波。当前新能源并网研究主要关注高次谐波(50Hz的整数倍)，10Hz～40Hz范围内的次同步振荡分量研究集中在产生机理及谐波源定位，对于实际电网中次同步谐波的检测缺乏关注度。次同步谐波除了影响系统电能质量外，还可能会导致火电机组发生轴系扭振，造成轴系损坏，甚至危害整个电力系统安全稳定运行。故需要针对次同步谐波研究一个合适的检测方法。目前，应用较为广泛的谐波/间谐波检测方法主要包括Prony法、小波变换、快速傅里叶变换(FastFourier Transform，FFT)及全相傅里叶变换(all-phaseFFT，apFFT)。对于宽带多频的电网信号，Prony法可以检测出多个谐波/间谐波，但却无法准确定阶且存在伪谱。小波变换可以有效克服噪声对谐波检测精度的影响，但如果直接运用于谐波/间谐波检测，小波函数在频域存在混叠现象，频率分辨率低。ApFFT具有“相位不变性”，能够有效提取相位参数，但幅值参数估计精度远不如FFT理想。FFT是谐波/间谐波检测最基本的方法，但采用FFT对信号进行频谱分析很难做到同步采样和整周期截断，易产生频谱泄露以及栅栏效应，增大谐波参数估计误差。为了减小非同步采样下的检测误差，一般采用汉宁(Hanning)窗、布莱克曼窗(Blackman)、纳托尔(Nuttall)窗等余弦窗及自卷积窗函数对信号进行截断克服频谱泄露，采用插值克服栅栏效应。加窗插值法针对幅值、频率参数能够实现高精度检测，但是针对相位参数估计往往还存在较大的误差，而apFFT能高精度实现相位参数检测。

发明内容

本发明克服上述现有的关于新能源次同步谐波测量的技术缺陷，提供了一种检测新能源汇集地区次同步谐波的方法，可保持较高检测精度，满足了电力系统动态振荡检测的精度要求。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

步骤一：加窗插值FFT算法如下：

1.混合卷积窗函数及其频域特性

自卷积窗函数旁瓣性能随卷积阶数增加而迅速提高，但其主瓣宽度也随之增大，使分辨能力降低。为了获得分辨力高、频谱泄露量少的窗函数，利用不同余弦窗构建混合卷积窗函数，提高窗函数的频谱特性。所选余弦窗函数不同，混合卷积窗的主瓣及旁瓣性能也有所差异。

设长度分别为L的p个不同的余弦窗，记为w₁(L),w₂(L),...,w_p(L)，将窗函数进行卷积运算，得到p阶余弦混合卷积窗，p阶混合卷积窗时域表达式如式(1)所示。

w_C-p(n)＝w₁(L)*w₂(L)*...*w_p(L) (1)

由由卷积定理可知，p阶混合卷积频域表达式为式(2)所示，ω为角频率。

W_C-p(ω)＝W₁(ω)×W₂(ω)×...×W_p(ω) (2)