[发明专利]基于自适应变窗的同步相量测量方法

摘要

本发明提供一种基于自适应变窗的同步相量测量方法，用于电力系统同步相量测量领域，当信号频率发生变化时，实时测量信号的频率，并估计信号下一个采样时刻的频率，本发明采用的方法不是调节采样频率fs，而是保持采样频率不变，根据估计频率自动调节纳入当前计算中的数据长度N，以保持N·Ts＝T(Ts＝1/fs为固定的采样周期，fs为采样频率，T＝1/f为信号的实际周期值，f为信号频率)，提高了误差补偿精度，大大提高了频率估计精度，适用于舰船电力系统中同步相量测量计算和频率计算校正。

主权项

1.一种基于自适应变窗的同步相量测量方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)变量定义φ：为瞬时相量相角；X，x：瞬时相量幅值；N：每个工频周期采样点数；f_s：采样频率；(2)下一个采样时刻信号的实际频率f估计f=ΔΦ2πΔt]]>f=dΦ2πdt]]>f=3Φ(t)+-4Φ(t-Δt)+Φ(t-2Δt)4πΔt]]>Φ(t)为t时刻相位，Φ(t-Δt)、Φ(t-2Δt)为其前两个时刻相位；(3)t_k及其前两个时刻的相位Φ^(k)、Φ^(k-1)、Φ^(k-2)，t_k时刻的频率f^(k)：f(k)=3Φ(k)-4Φ(k-1)+Φ(k-2)4πTs]]>当前的频率变化率f^(k)′f(k)′=d2Φ2πdt2=2Φ(k)-5Φ(k-1)+4Φ(k-2)-Φ(k-3)2πTs2]]>频率预测值fp(k+1)=f(k)+f(k)′gTs=7Φ(k)-14Φ(k-1)+9Φ(k-2)-2Φ(k-3)4πTs]]>由频率预测值调整t_k+1时刻的数据窗长度N_k+1：其中[g]_even表示取偶数运算。(4)信号同步相量的计算：设t_k时刻的所选择采样序列为{x^(k)(n)}，其循环右移序列为对应的相量为循环左移序列为对应的相量为具体的，a)当N_k+1＞N_k时X(k+1)=WNk+1mXLS(k+1);]]>XLS(k+1)=2Nk+1Σn=0Nk+1-1xLS(k+1)(n)WNk+1n]]>=2Nk+1(Σn=0Nk-1xLS(k+1)(n)WNk+1n+Σn=NkNk+1-1xLS(k+1)(n)WNk+1n)]]>≈X(k)+2Nk+1Σn=NkNk+1-1xLS(k+1)(n)WNk+1n]]>b)当N_k+1＝N_k时，使用循环DFT法；c)当N_k+1＜N_k时X(k+1)=WNk+1-mXRS(k+1);]]>XRS(k+1)=2Nk+1Σn=0Nk+1-1xRS(k+1)(n)WNk+1n]]>=2Nk+1[Σn=0m-1xRS(k+1)(n)WNk+1n+(Σn=mNk+1-1xRS(k+1)(n)WNk+1n+Σn=0m-1x(k)(n)WNk+1n]]>+Σn=Nk+1Nk-1x(k)(n)WNk+1n)-Σn=0m-1x(k)(n)WNk+1n-Σn=Nk+1Nk-1x(k)(n)WNk+1n]]]>≈X(k)+2Nk+1[Σn=0m-1(xRS(k+1)(n)-x(k)(n))WNk+1n-Σn=Nk+1Nk-1x(k)(n)WNk+1n]]]>=X(k)+2Nk+1[Δ1XRS(k+1)+Δ2XRS(k+1)];]]>Δ1XRS(k+1)=Σn=0m-1(xRS(k+1)(n)-x(k)(n))WNk+1n;]]>Δ2XRS(k+1)=-Σn=Nk+1Nk-1x(k)(n)WNk+1n]]>=r=n-Nk+1-Σr=0Nk-Nk+1-1x(k)(r+Nk+1)WNk+1r+Nk+1]]>=-Σr=0Nk-Nk+1-1x(k)(r)WNk+1r]]>=-Σn=0Nk-Nk+1-1x(k)(n)WNk+1n;]]>由于N_k+1与N_k均为偶数，N_k+1-N_k≥2，当N_k+1-N_k＝2时，XRS(k+1)≈X(k)+2Nk+1[Δ1XRS(k+1)+Δ2XRS(k+1)]]]>=X(k)+2Nk+1Σn=0m-1(xRS(k+1)(n)-2x(k)(n))WNk+1n]]>=X(k)+2Nk+1[xRS(k+1)(0)-2x(k)(0)]]>+(xRS(k+1)(1)-2x(k)(1))WNk+11]]]>当N_k+1-N_k＞2时，XRS(k+1)≈X(k)+2Nk+1[Δ1XRS(k+1)+Δ2XRS(k+1)]]]>=X(k)+2Nk+1[Σn=0m-1(xRS(k+1)(n)-2x(k)(n))WNk+1n]]>+Σn=mNk-Nk+1-1x(k)(n)WNk+1n]]]>这样当N_k+1≈N_k时，运用上述公式来由X^(k)递推X^(k+1)；(5)定义信号{x(n)}的总失真度THD为：THDx=Px-AX2AX2×100%=1NΣn=0N-1|x(n)|2-AX2AX2×100%]]>其中A_X为信号x(n)对应的基波相量幅值；建立误差-影响因子数值偏微分(Error-Factors Partial Differential，EFPD)表。EFPD表中的各个元素定义为各测量误差对各影响因子的偏导数，即EFPD表中各个元素为：(∂δA/∂(Δf),∂δA/∂(THD),∂δA/∂Φ,∂δΦ/∂(Δf),∂δΦ/∂(THD),∂δΦ/∂Φ)]]>其中δ_A为幅值误差，δ_Φ为相位误差；(6)t_k时刻用RDFT计算得到信号的初始瞬时相量为X^(k)，便得到了幅值的估计值A^(k)和相位的估计值Φ^(k)，估计出频率f^(k)，再估计出THDx(k)=1NΣn=0N-1|x(k)(n)|2-(AX(k))2(AX(k))2×100%]]>=1N(Σn=0N-1|x(k-1)(n)|2+|x(k)(N-1)|2-|x(k-1)(0)|2)-(AX(k))2(AX(k))2×100%]]>补偿后的瞬时相量幅值和相位Acmp(k)=A(k)+δA(k)+∂δA/∂(Δf)(k)g(Δf(k)-ΔfT(k))]]>+∂δA/∂(THD)kg(THD(k)-THDT(k))]]>+∂δA/∂Φ(k)g(Φ(k)-ΦT(k))]]>Φcmp(k)=Φ(k)+δΦ(k)+∂δΦ/∂(Δf)(k)g(Δf(k)-ΔfT(k))]]>+∂δΦ/∂(THD)kg(THD(k)-THDT(k))]]>+∂δΦ/∂Φ(k)g(Φ(k)-ΦT(k))]]>(7)由t_k时刻用E[ΔΦ_测(k)]的代替ΔΦ，频率估计公式：