[发明专利]高精度的同步相量测量方法

摘要

高精度的同步相量测量方法属于电力系统自动测量技术领域，其特征在于：在定间隔采样循环DFT基础上，当系统频率偏移额定频率时，计及了频率偏差的影响，使频率和相量的测量具有较高的精度。现场试验测试表明，当采样率为4800Hz，相量校正计算频率为200Hz时，其稳态精度指标为：相量幅值误差小于0.5％，相量相角误差小于1°，频率计算误差小于0.01Hz；其动态精度指标为：相量幅值误差小于1％，相量相角误差小于1°，频率计算误差小于0.01Hz。它完全满足《电力系统实时动态监测(控制)系统技术规范》的要求。

主权项

1.高精度的同步相量测量方法，应用了循环离散傅立叶变换(DFT)方法，其特征在于：在定间隔采样循环DFT基础上，当系统频率偏移额定频率时，计及了频率偏差的影响，使频率和相量的测量具有较高的精度，它依次含有以下步骤：(1)变量初始化设定：N为每周波交流采样点数，大于12的整数；      ΔT为交流采样时间间隔，初始值为20/N毫秒；      m为采样率和相量校正计算频率之比，即每采样m点，做一次相量修正计算；      各个采样缓冲区初始清零；(2)构建数据窗以ΔT为间隔用互感器采集三相电压(或电流)值，当已采样点数小于N时，等待新的采样点；当已采样点数大于或等于N时，每得到一个新的采样点，它与前N-1个采样点形成一个新的数据窗；(3)用循环DFT算法，用工业PC机计算ABC各相的相量；x^(r)=x^(r-1)+j2N[x~(r+N-1)-x~(r-1)]e-j2πN(r-1);]]>其中：为刚进入数据窗的最新采样值，x~(r+N-1)=x~(k)|k=r+N-1,]]>为刚退出数据窗的采样值，x~(r-1)=x~(k)|k=r-1;]]>其中：X为信号有效值；  f₀为额定频率；  Δf为信号偏移额定频率的偏差；  为信号初始相角；为上一次DFT计算得到的同步相量，用于循环DFT运算；为本次DFT计算得到的同步相量；(4)利用ABC三相相量合成正、负和零序相量，正、负和零序相量依次为：x^1(r)=13[x^A(r)+ax^B(r)+a2x^C(r)];]]>x^2(r)=13[x^A(r)+a2x^B(r)+ax^C(r)];]]>x^0(r)=13[x^A(r)+x^B(r)+x^C(r)];]]>其中，分别为由上述步骤(3)计算所得到的ABC三相同步相量；a＝e^j2π/3；(5)利用3点校正算法修正各序相量中由于频率偏差而带来的计算误差；(5.1)计算频率偏差，用3个等间隔的未校正的同步相量按3点校正算法求取当前频率与额定频率的偏差：令：g(r+m)=x^(r+m)x^(r);]]>g(r+2m)=x^(r+2m)x^(r+m);]]>f(r+2m)=g(r+2m)+e-j4πNm/g(r+m)2;]]>αm(Φ(r))=f(r+2m)+[f(r+2m)]2-e-j4πNm;]]>Φ(r)＝a tan{Re[α^m(Φ(r))]，Im[α^m(Φ(r))]}/m；频率偏差Δf(r)为：Δf(r)=f0NΦ(r)2π;]]>(5.2)根据频率偏差计算相量的修正量，并对相量进行校正：c2(r)=x^(r+m)-x^(r)αm(Φ(r))αm(Φ(r))-α-m(Φ(r))e-j4πNm;]]>c1(r)=x^(r)+c2(r);]]>修正后的高精度同步相量x‾(r)=c1(r)Nsin(Φ(r)/2)sin(Φ(r)N/2);]]>(6)利用频率偏差计算相量频率f(r)，采用差分法计算频率变化率f(r)＝f₀+Δf(r)；dfdt(r)=Nf0[f(r)-f(r-1)];]]>(7)对相量和频率的测量值进行平滑滤波，相量进行两个周期的平滑，频率进行一个周期的平滑；平滑滤波后的同步相量的幅值为|x(r)|_flt：|x‾(r)|flt=|x‾(r-1)|flt+|x‾(r)|-|x‾(r-2N)|2N;]]>平滑滤波后的同步相量的相角为θ(r)_flt：θ(r)flt=θ(r-1)flt+θ(r)+θ(r-2N)2N;]]>平滑滤波后的频率为f(r)_flt：f(r)flt=f(r-1)flt+f(r)-f(r-N)N.]]>