[发明专利]利用频域信息滤除衰减直流的电力信号同步相量测量方法

摘要

本发明公开了利用频域信息滤除衰减直流的电力信号同步相量测量方法，其步骤是，A、数据采集与预估计处理采集电力信号x(t)得到电网的电力信号离散序列x(n)，利用加窗傅里叶变换对电力信号离散序列x(n)滤波，得到电力信号离散序列x(n)在5个角速度ω处的相量测量预估计值X(ω)；B、修正相量预估计值对得到的5个相量测量预估计值X(ω)，用考虑衰减直流分量的动态信号模型，求得电力信号基波分量的时变特性的各阶导数值，并进行相移运算得到当前时刻trep电网的电力信号的基波相量值该方法能够消除或减弱信号基波分量的时变性以及衰减直流分量对相量测量的影响，并大大提高信号的相量测量精度。

主权项

利用频域信息滤除衰减直流的电力信号同步相量测量方法，其步骤为：A、数据采集与预估计处理电网中的电流互感器或电压互感器测量电网的电流信号或电压信号得到电网的电力信号x(t)，采集电力信号x(t)得到电网的电力信号离散序列x(n)，其中t为时间，n为采样时刻点；数字信号处理器利用加窗傅里叶变换对电力信号离散序列x(n)滤波，得到电力信号离散序列x(n)在5个角速度ω处的相量测量预估计值X(ω)；其中ω＝2πf,f为角速度ω对应的频率，f＝0,1,49,50,51Hz；B、修正相量预估计值数字信号处理器对得到的5个相量测量预估计值X(ω)，用考虑衰减直流分量的动态信号模型，求得电力信号基波分量的时变特性的各阶导数值，并进行相移运算得到当前时刻trep电网的电力信号的基波相量值所述的步骤B中考虑衰减直流分量的动态信号模型用以下方法建立：(B1)数字信号处理器利用低频带限相量a(t0)的泰勒级数近似表示电力信号基波分量的时变特性xg(t0)，其中，Δt为当前时刻trep与基准时刻t0的差，基准时刻t0为加窗傅里叶变换的数据窗中心时刻，k为泰勒级数的阶次，k＝0,1,2；K为泰勒级数的最高阶次，取为2；a(k)为电力信号基波分量的时变特性xg(t0)也即低频带限相量a(t0)的k阶导数，Δa为用泰勒级数表示电力信号基波分量的时变特性xg(t0)产生的误差；(B2)数字信号处理器利用衰减指数函数的泰勒级数近似表示电力信号x(t)中的衰减直流分量xd(t0)，其中，e为自然对数的底；b、τ分别为衰减指数函数的幅值初始值和衰减时间常数；d(k)为衰减直流分量xd(t0)的k阶导数，Δd为用衰减指数函数的泰勒级数表示电力信号x(t)中的衰减直流分量xd(t0)所产生的误差；(B3)将B1步的电力信号基波分量的时变特性xg(t0)与常量旋转相量相乘，得到电力信号基波相量的模型X′(t0)，将电力信号基波相量的模型X′(t0)的实部加上B2步的衰减直流分量xd(t0)，即得到考虑衰减直流分量的电力信号x(t)的动态模型x′(t0)，其中，j为虚数单位，f0＝50Hz为信号的基波频率，Re表示取相量实部；然后利用欧拉公式，对A步中的电力信号x(t)进行离散化处理，得到电力信号离散序列x(n)的泰勒级数形式的数学模型x′(n)：其中，ω0＝2πf0/fs，ω0为采样角速度，fs为采样频率；α(k)为电力信号基波分量的时变特性xg(t0)的k阶导数a(k)的离散化值，α(k)＝a(k)/fsk；β(k)为衰减直流分量xd(t0)的k阶导数d(k)的离散化值，β(k)＝d(k)/fsk；(B4)将电力信号离散序列x(n)的数学模型x′(n)进行加窗傅里叶变换，得到电力信号离散序列x(n)在5个角速度ω处的相量测量预估计值X(ω)的数学模型X′(ω)：X′(ω)=Σn=-(N-1)/2(N-1)/2x′(n)h(n)e-jnω=Σk=0K1k!α(k)·Σn=-(N-1)/2(N-1)/2nkh(n)e-jn(ω-ω0)+Σk=0K1k![α(k)]*·Σn=-(N-1)/2(N-1)/2nkh(n)e-jn(ω+ω0)+Σk=0K1k!β(k)·Σn=-(N-1)/2(N-1)/2nkh(n)e-jnω]]>其中，N为加窗傅里叶变换的数据窗中的数据个数；h(n)为窗函数序列；所述的步骤B中求得电力信号基波分量时变特性的各阶导数值的具体方法为：(B5)数字信号处理器将步骤A中得到的5个相量估计值X(ω)分别代入相量测量预估计值X(ω)的数学模型X′(ω)中，得到5个含α(k)以及β(k)的方程；将这些方程联立组成方程组，求出电力信号基波分量的时变特性xg(t0)的k阶导数a(k)的离散化值α(k)，再根据α(k)＝a(k)/fsk，算出电力信号基波分量的时变特性xg(t0)的各阶导数值a(k)(t0)；所述的步骤B中相移运算得到当前时刻trep电网的电力信号的基波相量值的具体方法是：(B6)当前时刻trep由数字信号处理器从GPS系统中获得，将当前时刻trep与基准时刻t0的差Δt代入B3步中电力信号基波相量的模型X′(t0)中，同时将B5步得到的电力信号基波分量的时变特性xg(t0)的各阶导数a(k)(t0)，代入B3步中电力信号基波相量的模型X′(t0)中，即得到当前时刻trep电网的电力信号的基波相量值