CN108717141A - 利用单相电压测量电气量频率的方法、测量*** - Google Patents

利用单相电压测量电气量频率的方法、测量*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用单相电压测量电气量频率的方法、测量***，本方法包括：利用连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量，通过上述递推傅里叶相量建立以频率偏差值为参量的解析表达；以及利用上述三个递推傅里叶相量之间存在的固有几何位置关系，计算求得频率偏差值，进而获得信号实际频率；其中所述频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差；本发明对于单相电气量使用递推傅里叶相量测频而言，可以消除因采样频率未跟踪于信号频率带来的傅里叶相量的“尾项”影响，取得精确的测频结果。

Description

利用单相电压测量电气量频率的方法、测量***
技术领域
本发明涉及一种利用单相电压测量电气量频率的方法、测量***。
背景技术
对于交流电力***，频率、幅值、相位的测量是广泛、常态化的需求。对于电力***并网操作而言，是否具备合闸条件，其判断依据是建立在准确测量频率、幅值、相位的基础之上的。频率、幅值、相位测量的准确性欠佳，一方面可能造成自动装置误发合闸令，轻则产生巨大的冲击电流，对于在网运行设备造成损伤；重则产生***振荡，使电网解列。另一方面，也可能因测量欠准确，造成错失合闸时间。有可能使两个***无法并网，也有可能使得错失最佳时机，导致其后合闸所产生的冲击电流偏大。
就频率而言，其物理本质表征的是正弦量信号的周期，其可能受信号中的谐波、通道背景噪音等因素的影响。基于递推傅里叶变换相量的相角变化去测量频率是一种行之有效的克服谐波、背景噪音的方法，但是由于采样频率未跟踪于信号频率时，傅里叶相量中存在“尾项”的影响，因此虽然对于三相交流量的频率测量可以取得理论上精确的结果，对于单相交流量而言却存在固有误差。但是电力***中却大量存在单相电气量接入的情况，如线路保护中用于重合闸的线路电压的接入。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用单相电压测量电气量频率的方法、测量***，以使得对于单相电气量在使用递推傅里叶相量进行测频时，可以消除“尾项”的影响，取得精确的测频结果。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用单相电压测量电气量频率的方法，包括：
利用连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量，并通过上述递推傅里叶相量建立以频率偏差值为参量的解析表达；以及
利用上述三个递推傅里叶相量之间存在的固有几何位置关系，计算求得频率偏差值，进而获得信号实际频率；其中
所述频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差。
进一步，利用连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量的方法包括：
对于单相电气量，设有采样数据序列，即
x0,x1,x2....xN/2,xN/2+1....xN-1,xN,xN+1...x3N/2-1...x2N-1；
从上述采样数据序列中选取x0,x1,x2....xN-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量以及
从上述采样数据序列中选取xN/2,xN/2+1....x3N/2-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量以及
从上述采样数据序列中选取xN,xN+1...x2N-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量
其中N是预设的每周波采样点个数，即离散傅里叶变换的数据窗长度。
进一步，计算所述频率偏差值的方法包括：
设频率偏差值为△f，且判断频率偏差值△f的取值范围；以及
建立频率偏差值△f计算公式。
进一步，所述判断频率偏差值△f的取值范围的方法包括：
设定一比较参考值α，则
若α>0，则△f>0；
若α<0，则△f<0。
进一步，所述频率偏差值△f的计算公式，即其中
θ为相邻相量的相角差，且
fmeas为信号预设频率；以及
进一步，所述信号实际频率的计算公式，即
freal＝fmeas+△f。
又一方面，本发明还提供了一种测量***，包括：
相量计算模块，通过连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算获取相应递推傅里叶相量；
频率计算模块，通过上述递推傅里叶相量建立以频率偏差值为参量的解析表达，利用上述连续三个递推傅里叶相量之间存在的固有的几何位置关系，计算求得频率偏差值，进而获得信号实际频率；其中频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差。
进一步，利用连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量，即
对于单相电气量，设有采样数据序列：
x0,x1,x2....xN/2,xN/2+1....xN-1,xN,xN+1...x3N/2-1...x2N-1；
从上述采样数据序列中选取x0,x1,x2....xN-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量以及
从上述采样数据序列中选取xN/2,xN/2+1....x3N/2-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量以及
从上述采样数据序列中选取xN,xN+1...x2N-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量
其中N是预设的每周波采样点个数，即离散傅里叶变换的数据窗长度。
进一步，所述频率偏差值为△f，且判断频率偏差值△f的取值范围，即
设定一比较参考值α，则
若α>0，则△f>0，若α<0，则△f<0，以获得频率偏差值△f的取值范围；以及
建立频率偏差值△f计算公式，即
设其中
θ为相邻相量的相位夹角，且
fmeas为信号预设频率；以及
进一步，所述频率计算模块还适于获得信号实际频率，即freal＝fmeas+△f。
本发明的有益效果是，本发明利用单相电压测量电气量频率的方法及测量***，对于单相电气量使用递推傅里叶相量测频而言，可以消除“尾项”的影响，取得精确的测频结果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明中self_part、conj_part以及递推计算情况下，相应相量的旋转关系图；
图2是图1经过正序变换计算后的self_part，self_part的相角变化与r、△f 的关系图；
图3是本发明中对于递推的离散傅里叶变换，取得出的三个递推傅里叶相量关系图；
图4是以三个相量构成的三角形的相量图；
图5是本发明测量***的原理框图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
假设正弦量为其中X是正弦量幅值，是正弦量初始相角，freal为信号实际频率。假设采样频率fsample＝N×fmeas，fmeas是测量程序认定的信号预设频率(可能fmeas＝freal，也可能fmeas≠freal)，N是预设的每周波采样点个数，也是离散傅里叶变换的数据窗长度。
定义离散递推傅里叶变化其中是采样间隔时间。考虑△f＝freal-fmeas。
化简离散递推傅里叶变换得：
其中 与互为共轭，即两个相量以实轴X轴为对称轴。定义
当△f＝0时，conj_part＝0，即如信号实际频率等于信号预设频率，离散递推傅里叶相量可以准确地反映原始相量；否则离散递推傅里叶相量无法准确地反映原始相量。在实施例中，将self_part定义为本项，conj_part 被定义为尾项。self_part、conj_part以及递推计算情况下，相应相量的旋转关系如图1所示。
请参见图2，定义正序变换为：其中是A相电气量相量、是B相电气量相量、是C相电气量相量。ABC三相是电气上呈正序的三相。呈逆序，经过正序变换计算被滤除掉，仅剩余 self_part，self_part的相角变化与r、△f有关，因此可利用相角变化求取△f，进而获得信号实际频率。
在现有技术中，目前仅针对三相交流量可以使用正序变换计算将尾项 (conj_part)滤除，但是对于单相电气量，由于尾项(conj_part)不可消去，因此不可以直接使用相角的变化来测量△f。
因此，在本实施例中选择建立三个递推傅里叶相量，并且利用上述三个递推傅里叶相量之间存在的固有几何位置关系，计算求得频率偏差值，进而获得信号实际频率。
具体的实现方式如下：
本实施例提供了一种利用单相电压测量电气量频率的方法，包括：
利用连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量，并通过上述递推傅里叶相量建立以频率偏差值为参量的解析表达；以及利用上述三个递推傅里叶相量之间存在的固有几何位置关系，计算求得频率偏差值，进而获得信号实际频率；其中
所述频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差。
在本实施例中，利用连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量的方法包括：
对于单相电气量，设有采样数据序列，即
x0,x1,x2....xN/2,xN/2+1....xN-1,xN,xN+1...x3N/2-1...x2N-1；
从上述采样数据序列中选取x0,x1,x2....xN-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量以及
从上述采样数据序列中选取xN/2,xN/2+1....x3N/2-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量以及
从上述采样数据序列中选取xN,xN+1...x2N-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量
其中N是预设的每周波采样点个数，即离散傅里叶变换的数据窗长度。
具体的，计算所述频率偏差值的方法包括：设频率偏差值为△f，且判断频率偏差值△f的取值范围；以及建立频率偏差值△f计算公式。
所述判断频率偏差值△f的取值范围的方法包括：设定一比较参考值α，则若α>0，则△f>0；若α<0，则△f<0。
所述频率偏差值△f的计算公式，即
fmeas为信号预设频率；以及
上述三个相量之间的关系如图3所示，可以进一步化简，
设以及
得出
所以
以三个相量构成的三角形如图4示，
所以得出进而得出
θ为相邻相量的相角差。
所述信号实际频率的计算公式，即
freal＝fmeas+△f。
如图5所示，本实施例还提供了一种测量***，包括：
相量计算模块，通过连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算获取相应递推傅里叶相量；
频率计算模块，通过上述递推傅里叶相量建立以频率偏差值为参量的解析表达，利用上述连续三个递推傅里叶相量之间存在的固有的几何位置关系，计算求得频率偏差值，进而获得信号实际频率；其中频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差。
利用连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量，即
对于单相电气量，设有采样数据序列：
x0,x1,x2....xN/2,xN/2+1....xN-1,xN,xN+1...x3N/2-1...x2N-1；
从上述采样数据序列中选取x0,x1,x2....xN-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量以及
从上述采样数据序列中选取xN/2,xN/2+1....x3N/2-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量以及
从上述采样数据序列中选取xN,xN+1...x2N-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量
其中N是预设的测量用每周波采样点个数，即离散傅里叶变换的数据窗长度。
所述频率偏差值为△f，且判断频率偏差值△f的取值范围，即
设定一比较参考值α，则
若α>0，则△f>0，若α<0，则△f<0，以获得频率偏差值△f的取值范围；以及
建立频率偏差值△f计算公式，即
设其中
θ为相邻相量的相位夹角，且
fmeas为信号预设频率；以及
所述频率计算模块适于获得信号实际频率，即将freal＝fmeas+△f。
上述相量计算模块、频率计算模块在上述实施例利用单相电压测量电气量频率的方法已经进行详细说明，此处不再赘述。
本发明所提供的利用单相电压测量电气量频率的方法、测量***，对于单相电气量使用递推傅里叶相量测频而言，可以消除“尾项”的影响，取得精确的测频结果。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种利用单相电压测量电气量频率的方法，其特征在于，包括：
利用连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量，并通过上述递推傅里叶相量建立以频率偏差值为参量的解析表达；以及
利用上述三个递推傅里叶相量之间存在的固有几何位置关系，计算求得频率偏差值，进而获得信号实际频率；其中
所述频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
利用连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量的方法包括：
对于单相电气量，设有采样数据序列，即
x0,x1,x2....xN/2,xN/2+1....xN-1,xN,xN+1...x3N/2-1...x2N-1；
从上述采样数据序列中选取x0,x1,x2....xN-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量以及
从上述采样数据序列中选取xN/2,xN/2+1....x3N/2-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量以及
从上述采样数据序列中选取xN,xN+1...x2N-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量
其中N是预设的每周波采样点个数，即离散傅里叶变换的数据窗长度。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
计算所述频率偏差值的方法包括：
设频率偏差值为△f，且判断频率偏差值△f的取值范围；以及
建立频率偏差值△f计算公式。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述判断频率偏差值△f的取值范围的方法包括：
设定一比较参考值α，则
若α>0，则△f>0；
若α<0，则△f<0。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述频率偏差值△f的计算公式，即其中
θ为相邻相量的相角差，且
fmeas为信号预设频率；以及
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述信号实际频率的计算公式，即
freal＝fmeas+△f。
7.一种测量***，其特征在于，包括：
相量计算模块，通过连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算获取相应递推傅里叶相量；
频率计算模块，通过上述递推傅里叶相量建立以频率偏差值为参量的解析表达，利用上述连续三个递推傅里叶相量之间存在的固有的几何位置关系，计算求得频率偏差值，进而获得信号实际频率；
其中频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差。
8.如权利要求7所述的测量***，其特征在于，
利用连续三个间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应递推傅里叶相量，即
对于单相电气量，设有采样数据序列：
x0,x1,x2....xN/2,xN/2+1....xN-1,xN,xN+1...x3N/2-1...x2N-1；
从上述采样数据序列中选取x0,x1,x2....xN-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量以及
从上述采样数据序列中选取xN/2,xN/2+1....x3N/2-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量以及
从上述采样数据序列中选取xN,xN+1...x2N-1，并通过递推的离散傅里叶变换计算得到递推傅里叶相量
其中N是预设的每周波采样点个数，即离散傅里叶变换的数据窗长度。
9.如权利要求8所述的测量***，其特征在于，
所述频率偏差值为△f，且判断频率偏差值△f的取值范围，即
设定一比较参考值α，则
若α>0，则△f>0，若α<0，则△f<0，以获得频率偏差值△f的取值范围；以及
建立频率偏差值△f计算公式，即
设其中
θ为相邻相量的相位夹角，且
fmeas为信号预设频率；以及
10.如权利要求9所述的测量***，其特征在于，
所述频率计算模块还适于获得信号实际频率，即将freal＝fmeas+△f。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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