[发明专利]一种基于正交子带的电网瞬时频率测量与跟踪方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统应用技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于正交子带的电网瞬时频率测量与跟踪方法。

背景技术

频率是电力系统的主要物理参数之一，也是反映电力系统运行状态的重要参数，对电力系统频率进行测量与跟踪，是保证电力系统正常运行、控制与调节的前提。

电网电力信号在实际监测过程中常因电磁暂态、谐波负载、高低频电磁干扰、非线性设备等因素的影响，频率随时间发生变化，属于非平稳信号，采用传统意义的周期频率加以描述具有一定的局限性。而瞬时频率可描述电力系统的频率特性，通过实时测量与跟踪实现对系统的运行状态的评估、控制。

目前对电力系统频率的测量方法主要分为软件测频和硬件测频法；对电力系统频率的测量跟踪主要有电压过零点周期法、离散傅里叶变换求解法、基于插值的方法、最小二乘法、递推最小二乘法、卡尔曼滤波法、小波分析、自适应陷波器法、牛顿迭代分析法等。

上述现存方法大多计算量偏大，测量精度受谐波分量影响较大，在准确度、跟踪速度、实现难易程度、抗干扰性能上各有优缺点。洪慧娜等在文献《电力系统基波交流采样频率修正的“三点”算法》中说明了基于“三点”算法的误差随着频率波动和采样频率与波动情况不一致等，会有较大误差；李军等在专利《电力系统中正弦波信号的频率测量方法及系统》中提出的电压过零点法，容易受测量设备及谐波干扰，对采样设备要求较高；路文喜等在专利《改进双正交滤波器组的电网频率跟踪算法》中提出的基于双正交滤波器电网频率测量改进算法，李军等在专利《电力系统频率测量方法及装置》中提出的基于比例积分的频率测量方法，叶松等在专利《一种电力系统频率测量的方法》中提出的基于积分求频率的方法，以及其他基于相位差分法、积分法等方法，都存在着对幅值变化敏感，即当周期内输入流信号的幅值发生改变时，周期内积分为零的规则将不再成立，导致整个周期的瞬时频率测量出现较大误差的问题。此外，部分基于积分的测量方法，其参照起点的选取非常关键，而随着电网频率的波动，往往导致其选择的起点并不是全局适用的，因而导致较大误差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于正交子带的电网瞬时频率测量与跟踪方法，通过线性最优融合方式有效解决传统瞬时频率测量方法在部分采样区间误差较大的问题；同时仅利用三个采样点数据进行关键频率的计算，有效减少了计算量，实时性大大提高；还具有抗干扰性能好，受谐波分量影响小，并不受同步采样问题限制，准确度和实用性大大提高。

为实现上述发明目的，本发明基于正交子带的电网瞬时频率测量与跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、对输入的模拟信号x(t)进行离散化采样，得到离散的采样信号p(k)＝x(kT_s)，其中，k＝1,2,3...为采样时刻，T_s为采样间隔时间；

(2)、基于电网基频f₀和采样间隔时间T_s，构造正弦和余弦数字滤波器滤波器，其单位脉冲响应分别为：

h₁(n)＝sin[2π(n+1)/N]

h₂(n)＝cos[2π(n+1)/N]；

其中，n＝0,1,...,N-1，N＝1/(T_sf₀)；

(3)、利用上述数字滤波器分别对离散采样信号进行滤波处理，得到两个相位相差90°的正弦子带信号，即p₁(k)和p₂(k)；

(4)、设置步长为3的滑动窗口，再将滑动窗口的初始位置分别置于两子带信号的首端，并依次滑动，滑动计算各采样时刻规范化的瞬时角频率的余弦值；

其中，的取值为

(5)、对步骤(4)中，各个采样时刻计算得到的余弦值进行融合；

通过反余弦计算可得到瞬时角频率进而得到优化后的电网瞬时频率的测量值

(6)、对电网瞬时频率的测量值进行卡尔曼滤波，得到精确的瞬时频率估计值再利用实时跟踪电网的瞬时频率。

本发明的发明目的是这样实现的：