[发明专利]一种基于DFT、多阶滤波和突变判据的同步相量计算方法

说明书

本发明涉及电力系统同步相量的计算方法技术领域，尤其涉及一种基于DFT、多阶滤波和突变判据的同步相量计算方法，具体是一种基于DFT、采用多阶数滤波、突变判据计算的同步相量计算方法。包括以下步骤：初始计算、频率计算、幅值与相位的计算、频率变化率的计算、信号突变判断算法以及算法测试。本发明通过突变判据的计算将幅值突变、相位突变与其它几种稳态或准稳态情况区别开来处理。通过多阶滤波器的设计，提升计算的精度，同时又具备一定的响应速度。能够满足频率偏移、谐波、幅值突变、相位突变、频率斜坡变化、幅值相位调制等多种情况下的对于相量的高精度测量，可用于同步相量装置的核心测量算法或其它需要计算相量的场合。

技术领域

本发明涉及电力系统同步相量的计算方法技术领域，尤其涉及一种基于DFT、多阶滤波和突变判据的同步相量计算方法，具体是一种基于DFT、采用多阶数滤波、突变判据计算的同步相量计算方法。

背景技术

电力系统的不断发展使电网呈现出电压等级更高、传输距离更远、输送容量更大的特点。同时，超高压远距离交直流混合输电、广泛应用新技术和市场化运营机制等，也使系统的运行方式更加复杂，这对电力系统的安全性提出了新的挑战。为尽量避免电力事故的发生造成损失，研究电网的稳定性监测、异常状态判断、发展趋势预测、有效的保护控制策略等技术手段，就尤其重要。

基于全球定位系统(GPS)的同步相量测量装置(PMU)涉及到电力系统的监视、控制和保护等诸多领域，推动了电力系统的监视、控制和保护新方法和理论的发展，为电力系统的稳定控制和保护开辟一个新的领域，已成为电力系统中一项重要的量测技术。同步相量测量数据可用于预测系统状态、提高状态估计精度、加快潮流计算速度、输电线路的故障定位、发电机非线性励磁控制、阻尼系统振荡的SVC控制等，因此对于提高对电力系统动态稳定监测和故障时系统暂态过程的分析能力具有重要意义。

同步相量测量的基本功能是利用GPS信号对电网中母线或节点电压/电流同步测量，并进行分析计算，可以测量出本地频率、频率变化率、正序相量，或通过定制测量得到谐波、零序量、相电压、相电流等信息。对同步相量测量装置来说，同步相量测量算法是装置的核心，也是研究的重点，它主要指对于幅值、相角、频率、频率变化率的测量方法。相量测量算法的优劣，直接决定了同步相量装置的成本、性能和效用。

目前，常用的相量测量方法主要有过零检测法、定频采样的离散傅立叶算法(DFT)和变频采样的DFT方法。为了减小计算量或提升计算精度，各种改进型算法被设计出来，如递归式DFT、基于锁相环进行频率跟踪的DFT。此外，还有非DFT的相量计算方法，如神经网络、卡尔曼滤波、小波分析及混合算法等，不同算法各有优劣。

相量测量算法一直是研究中的重点与难点，这是因为，电网的频率不可能完全精确地运行在额定频率点，根据DFT的计算原理，在这样的情况下会出现频谱泄露现象，从而导致较大的计算误差。此外，电网电压和电流还可能包含各种整次、非整次谐波和其他暂态分量。由于故障等各种原因，电力系统可能产生各种暂态过程，如幅值突变、相位突变、频率斜坡变化、幅值和相位调制等，从而导致电压和电流波形中含有暂态分量。很多在稳态测量中精度较高的算法，对于暂态变化情况下的测量往往都表现不佳。因此，研究具有响应速度快、计算量小、误差小、适用范围广的相量测量算法，对于推动同步向量装置在电网的应用具有重要意义。

发明内容

针对上述现有技术中存在原不中之处，本发明提出了一种基于DFT、多阶滤波和突变判据的同步相量计算方法，其目的在于提出一种同步相量计算的新方法，该方法以DFT算法为基础，通过设计多阶滤波器的组合设计，在满足响应速度要求的前提下，尽量提升了计算精度。提出了波形突变判据，给出了波形突变的阈值大小，用以判断待测信号的稳定状态。若发生了波形突变，则通过算法对计算结果进行修正。对于稳态测量和暂态测量两种状态的区分，有效地提升了算法的适用范围和计算精度。

为了实现上述发明目的，本发明是通过以下方式实现的：

一种基于DFT、多阶滤波和突变判据的同步相量计算方法，包括以下步骤：