[发明专利]一种适用于不同应用场景的同步相量量测方法

权利要求书

1.一种不同应用场景的同步相量量测方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、确定不同应用场景下的同步相量测量需求，包括测量带宽、上传速率和误差极限；

步骤2、根据所确定的测量需求建立通用误差模型，并基于该通用误差模型确定复带通滤波器的参数范围；其中，所述复带通滤波器的参数范围包括通带范围、阻带范围、通带增益范围和阻带增益范围；

在步骤2中，所述根据所确定的测量需求建立通用误差模型的过程具体为：

根据所确定的测量需求，将误差极限在滤波器通带和阻带进行分配，具体来说：

E＝|E(δ)+E(λ)|≤|E(δ)|+|E(λ)|≤E_lim

|E(δ)|≤E_pass,|E(λ)|≤E_stop,E_pass+E_stop≤E_lim

其中，δ为滤波器通带纹波；λ为滤波器阻带增益；E(δ)为由通带纹波引起的测量误差；E(λ)为由阻带增益引起的测量误差；E_lim是标准或应用需求确定的误差极限；E_pass为分配的通带误差极限；E_stop为分配的阻带误差极限；

然后根据预先分配的通带误差极限和阻带误差极限，分别构建通带增益和阻带增益与测量误差之间的函数关系，具体为：

δ≤S₁(E_pass),λ≤S₂(E_stop)

其中，S₁(·)和S₂(·)是与E_pass和E_stop有关的函数，上式表示只要给定了通带和阻带的误差极限，即可确定δ和λ的范围；

再基于5类误差极限构建5类误差模型，具体为TVE_pass(TVE_stop)、AE_pass(AE_stop)、PE_pass(PE_stop)、FE_pass(FE_stop)、和RFE_pass(RFE_stop)；

其中，TVEpass和TVEstop表示通带和阻带的相量误差极限；AEpass和AEstop表示通带和阻带的幅值误差极限；PEpass和PEstop表示通带和阻带的相角误差极限；FEpass和FEstop表示通带和阻带的频率误差极限；RFEpass和RFEstop表示通带和阻带的频率变化率误差极限；

在步骤2中，基于该通用误差模型确定复带通滤波器的参数范围，具体过程为：

以相角调制信号为例，当相角发生正弦调制时，电力信号模型表示为：

式中，X_m,f₀,和φ₀分别表示基波信号的幅值、频率和初相角；k_p,f_m和φ_m是相角调制深度、调制频率和调制初相角；

根据贝塞尔函数，相角调制信号分解为：

式中，J_n(·)表示n阶的第一类贝塞尔函数；

当通带中仅含有三个频率分量时，提取出的相量表示为：

式中，初相位设为0以方便推导，此外令k_p0＝J₀(k_p)|H(f₀)|,k_p1＝J₁(k_p)|H(f₀+f_m)|,和k_p2＝J₁(k_p)|H(f₀–f_m)|，H(f₀)表示在基频f₀处的复带通滤波器的频率响应，则：

理论相量为：

幅值误差为：

AE＝||X⁺(t)|-|z(t)||/|X⁺(t)|＝|1-|Δz(t)||

令k_p2＝k_p1+Δk_p2，则：

上式中|Δz(t)|的取值范围为：

因此，幅值误差的范围有两种情况：

AE≤|1-k_p0+|Δk_p2||≤|1-k_p0|+|Δk_p2|

或

通带增益的范围在1-δ和1+δ之间，因此k_p0的范围在J₀(k_p)(1–δ)和J₀(k_p)(1+δ)之间，k_p1和k_p2的范围在J₁(k_p)(1–δ)和J₁(k_p)(1+δ)之间；

幅值误差的最大值为：

AE≤1-(1-δ)J₀(k_p)+2δ·J₁(k_p)≤AE_pass

或

因此，通带纹波δ的范围为：

δ≤(AE_pass-1+J₀(k_p))/(J₀(k_p)+2J₁(k_p))

或

其它误差极限下的通带纹波范围推导过程与上述相同，给定相角误差极限时的通带纹波范围为：

给定相量误差极限时的通带纹波范围为：

δ≤(TVE_pass-TVE₂)/(J₀(k_p)+2J₁(k_p))

式中，TVE₂与通带增益无关，只取决于其它相角调制信号中的其他分量，该值可通过仿真确定；

给定频率误差极限时的通带纹波范围为：

式中，D(f_m)表示频率测量算法在f_m处的幅度响应；

给定频率变化率误差极限时的通带纹波范围为：

式中，R(f_m)表示频率测量算法在f_m处的幅度响应；

当信号中没有带外间谐波和谐波时，只需要抑制基波负频分量，此时提取的相量表示为：

为增加通用性，上式进一步表示为：

式中，f_i是某一个干扰信号的频率；k_i是干扰信号的幅值和基波幅值的比值；

令G_i＝|H(f_i)|·k_i和p_i＝2π(f_i–f₀)，则：

幅值误差为：

因此，阻带增益必须满足：

|H(f_i)|≤AE_stop/k_i

进一步的，相角误差极限时的阻带增益范围为：

频率误差极限时的阻带增益范围为：

频率变化率误差极限时的阻带增益范围为：

由于得到了多个滤波器通带和阻带增益范围，只需要选择最小的通带和阻带增益即可；

步骤3、基于得到的复带通滤波器的参数范围，利用迭代重加权算法设计复带通滤波器，并得到所设计复带通滤波器的系数；

步骤4、验证设计出的复带通滤波器的响应时间和上送延时是否满足标准要求，若不满足，则调整测量需求重新设计复带通滤波器，若满足，则利用该复带通滤波器进行相量测量。