CN108982962B - 适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化***及方法,本保护、测量一体化工作方法,包括:利用固定采样频率获取采样数据进行递推傅里叶相量计算,采用定频采样方式下的递推傅里叶相量补偿算法求解真实傅里叶相量,以进行保护计算;和/或通过获得的信号实际频率及预设的每周波测量计算点个数进行插值重采样,以生成1个周波之前的测量用采样数据窗,以进行测量计算。
Description
技术领域
本发明涉及一种适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化***及其工作方法。
背景技术
在电力***中,间隔被定义为发电厂、变电站中由一些紧密连接、具有某些共同功能的元件所构成的供电单元。比如进线(出线)及其与母线之间相连的开关设备构成线路间隔,变压器及其与多个不同电压等级母线之间相连的开关设备构成变压器间隔。即使在同一个变电站中,因***未合环运行,往往存在各个间隔之间***频率不同的情况。但保护、测量装置往往同时接入多个间隔电气量。比如线路保护同时接入母线电压、线路电流、线路电压等模拟量,在线路开关断开的情况下,母线电压与线路电压之间的频率就可能存在差异。再比如电源快速切换装置,接入两条进线电压,母线电压等,一般来说两条进线开关一开一合,那么母线电压频率与开关处于合闸位置的线路的电流、电压等电气量的频率相同,但与另外一条开关处于分闸位置的线路的电压频率就可能存在不同。
随着处理器处理能力的提升,保护、测量一体化装置在电力***中逐渐普及,即一台装置同时既具备保护功能,又具备测量功能。保测一体化装置降低了厂站自动化的建设成本与维护成本,受到越来越多的用户的青睐。对于保护功能而言,一般使用全波傅里叶变换计算所得的相量作为保护逻辑的判断依据;对于测量功能而言,一般使用均方根方法求值,即在同时考虑基波和高次谐波的情况下,计算幅值、功率信息。
无论对于全波傅里叶变换或者均方根方法而言,计算获得正确结果的前提是:采样频率可实时正确地反映信号频率。设是实际信号频率,预设一个周波采样点个数为N,则在采样频率的情况下,可以准确计算出傅里叶相量。设信号预设频率,即如,则表示采样频率跟随于实际信号频率。
传统的电力***的测量装置可能接入异频率的多个间隔,但是装置的采样频率只能是一个,无法满足同时跟随于多个信号频率的要求。以线路保护为例,假设装置接入的线路频率与母线频率不同,此时至少对于线路、母线中的其中一者而言,装置采样频率无法跟随之。那么对于无法跟随的电气量,无论用傅里叶变换或者均方根方法计算所得的结果都会存在误差,装置无法直接使用含有误差的计算结果进行保护控制逻辑判断。同时往往现场测量应用往往要求可正确计算高次谐波的测量值,大多数保护应用基于基波分量,对于高次谐波的计算要求一般没有测量应用高,所以如果以同一采样频率进行保护、测量计算,从计算负荷的角度看偏大、不经济、同时也非必须。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于接入多间隔电气量的保护、测量一体化***及其工作方法,其允许同时接入多个异频率间隔,并且实时计算傅里叶相量与准实时计算均方根值,以使保护计算与测量计算可在不同采样频率下完成,节约计算负荷。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化工作方法,包括:
利用固定采样频率获取采样数据进行递推傅里叶相量计算,采用定频采样方式下的递推傅里叶相量补偿算法求解得真实傅里叶相量,以进行保护计算;和/或
通过获得的信号实际频率及预设的每周波测量计算点个数进行插值重采样,以生成1个周波之前的测量用采样数据窗,以进行测量计算。
进一步,所述信号实际频率的计算方法包括:
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
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
x 0, x 1, x 2.... x N/2, x N/2+1....x N-1,x N , x N+1... x 3N/2-1... x 2N-1;
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:
并且所述信号实际频率的计算公式,即
进一步,所述递推傅里叶相量补偿算法包括:
通过间隔为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;
定义信号实际频率与信号预设频率之差为频率偏差值;
频率偏差值不小于频率偏差比较参考值,则将上述相应递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式,以求解得到真实傅里叶相量。
进一步,通过间隔为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:
对于电气量通道,设有采样数据序列,即
x 0,x 1,x 2....x N/2,x N/2+1....x N-1,x N ,...x 3N/2-1;
进一步,生成所述测量用采样数据窗的方法包括:
在固定采样频率数据窗积累满1个周波以上的采样点数据,并按信号实际频率对1个周波前的采样点按照测量计算频率进行插值重采样,生成1个周波之前的测量用采样数据窗。
进一步,所述计算频率为预设测量计算每周波采样点个数与信号实际频率的乘积。
又一方面,本发明还提供了一种适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化***,包括:
保护计算单元,通过固定采样频率获取采样数据进行递推傅里叶相量计算,采用定频采样方式下的递推傅里叶相量补偿算法求解真实傅里叶相量,以进行保护计算;和/或
测量单元,用于通过信号实际频率及预设的每周波测量计算点个数进行插值重采样,以生成1个周波之前的测量用采样数据窗,以进行测量计算。
进一步,所述频率计算单元包括:
相量计算模块,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;以及
所述保护计算模块包括:相量计算模块、频率偏差值判定模块和真实相量计算模块;其中
所述相量计算模块适于使用两个连续且间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应的递推傅里叶相量;
所述频率偏差值判定模块适于将频率偏差值与频率偏差比较阈值进行比较,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;
若频率偏差值不小于频率偏差比较阈值,则通过所述真实相量计算模块将上述递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式,以求解得到真实傅里叶相量。
本发明的有益效果是,本发明的接入多间隔电气量的保护、测量一体化***及其工作方法,其允许同时接入多个异频率间隔,并且实时计算傅里叶相量与准实时计算均方根值,以使保护计算与测量计算可在不同的采样频率下完成,节约计算负荷。
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是本发明的适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化工作方法的软件流程图;
图2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;
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。
本实施例提供了一种适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化工作方法,包括:
利用固定采样频率获取采样数据进行递推傅里叶相量计算,采用定频采样方式下的递推傅里叶相量补偿算法求解真实傅里叶相量,以进行保护计算;和/或通过获得的信号实际频率及预设的每周波测量计算点个数进行插值重采样,以生成1个周波之前的测量用采样数据窗,以进行测量计算。
图1示出了本发明的适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化工作方法的软件流程图;该工作方法包括如下步骤:
步骤S1,以较高的固定采样频率(比如4000Hz)进行采样;
步骤S2,以保护计算固定频率(比如1200Hz)进行插值重采样,生成保护用采样数据窗;
步骤S3,基于生成的保护用采样数据窗进行离散递推傅里叶相量计算;
步骤S4,利用步骤S3生成的傅里叶相量结果进行信号实际频率计算,信号实际频率的具体方法在以下实施例中进行描述;
步骤S5,利用步骤S4计算所得的信号实际频率,对于步骤S4计算所得的傅里叶相量进行修正,以获得消除因采样频率不跟随于信号频率而存在误差的傅氏相量,即真实傅里叶相量(图中简称为真实傅氏相量),具体的,关于真实傅里叶相量计算的递推傅里叶相量补偿算法的具体方法在以下和实施例中进行描述
步骤S6,在固定采样频率数据窗积累满1个周波以上的采样点数据,并且已计算出间隔***频率之后,对1个周波前的采样点按照测量计算频率(比如每周波48点,测量频率为,为信号实际频率)进行插值重采样,生成1个周波之前的测量用采样数据窗。
步骤S7,利用步骤S6生成的测量数据窗进行测量数据计算,获得幅值、功率、功率因素等测量值。
在本实施例中,例举了一种优选的信号实际频率的计算方法,具体实施过程如下:
当时,,0,即如信号实际频率等于预设信号频率,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2所示。
请参见图3,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、有关,因此可利用相角变化求取,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(对应保护用采样数据窗)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。
本发明的接入多间隔电气量的保护、测量一体化***及其工作方法,其允许同时接入多个异频率间隔,并且实时计算傅里叶相量与准实时计算均方根值,以使保护计算与测量计算可在不同的采样频率下完成,节约计算负荷。
由于滞后了一个周波计算测量量(均方根值),因此定义为准实时计算均方根值。
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
x 0, x 1, x 2.... x N/2, x N/2+1....x N-1,x N , x N+1... x 3N/2-1... x 2N-1;
其中N是预设的每周波保护计算采样点个数,即离散傅里叶变换的数据窗长度。
上述三个相量之间的关系如图4所示,可以进一步化简,
所述信号实际频率的计算公式,即
本发明所提供的信号实际频率的计算方法,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。
在本实施例中,例举了一种优选的递推傅里叶相量补偿算法,具体实施过程如下:
所述递推傅里叶相量补偿算法包括:
通过间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算对应的递推傅里叶相量;
若频率偏差值不小于频率偏差比较参考值,则将上述求得的递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式,以求解得到真实傅里叶相量;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。
此处的r表示第r次计算。当前时刻假设有x 0 ,x 1 ,x 2 ....x N-1 ,表示一个周波的等间隔的采样点数据(定频采样数据序列,且采样间隔),使用该数据窗的数据进行计算时,可认为r =0;到下一个采样点(时间又过了),采样数据窗为x 1 ,x 2 ....x N ,使用该数据窗数据进行计算时,可认为r =1,r可以一直到无穷大。,因为三角函数是周期函数,所以即便r可以取值无穷大,一共有N个独立值(0~N-1)。
故化简离散递推傅里叶变换得:
self_part、conj_part以及递推计算情况下,相应相量的旋转关系如图2所示。
在本实施例中,通过间隔为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:对于某电气量通道,设置定频采样数据序列,即
x 0,x 1,x 2....x N/2,x N/2+1....x N-1,x N ,...x 3N/2-1;
其中N是预设的每周波保护计算采样点个数,即离散傅里叶变换的数据窗长度。
进一步,所述频率偏差值的计算方法包括:设定信号实际频率为,信号预设频率为,则频率偏差值;以及设定所述频率偏差比较参考值;若频率偏差值不小于频率偏差比较参考值,则补偿计算真实傅里叶相量;否则认为此傅里叶相量即工程意义上准确的傅里叶相量(认为很小时,傅里叶相量即便存在一定误差,也可以忽略不计,因很小,系数K 1很小(系数K 1的定义见以下实施例),会引入数据震荡,工程经验)可以描述为测量***认定的***频率()与***实际频率()之间的偏差比较参考值。
将两递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式,以求解得到真实傅里叶相量的方法包括:
联立方程(3)和(4),解方程组得到,即
本发明的递推傅里叶相量补偿算法是利用固定采样频率获取采样数据进行傅里叶相量计算,采用修正算法消除因采样频率未跟踪信号频率带来的固有误差,还原以得到真实傅里叶相量,进而避免因采用含有误差的傅里叶相量进行控制逻辑判断,造成装置不正确动作。
在本实施例中,生成所述测量用采样数据窗的方法包括:
在固定采样频率数据窗积累满1个周波以上的采样点数据,并按信号实际频率对1个周波前的采样点按照测量计算的采样频率进行插值重采样,生成1个周波之前的测量用采样数据窗。
所述计算频率为设置的测量计算每周波采样点个数与信号实际频率的乘积。
本实施例还提供了一种适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化***,包括:
保护计算单元,通过固定采样频率获取采样数据进行递推傅里叶相量计算,采用定频采样方式下的递推傅里叶相量补偿算法求解真实傅里叶相量,以进行保护计算;和/或测量单元,用于通过信号实际频率及预设的每周波测量采样点个数进行插值重采样,以生成1个周波之前的测量用采样数据窗,以进行测量计算。
所述频率计算单元包括:
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;
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,其中频率偏差值为信号实际频率与信号预设频率之差;
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;以及
所述保护计算模块包括:所述保护计算模块包括:相量计算模块、频率偏差值判定模块和真实相量计算模块;其中
所述相量计算模块适于使用两个连续且间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应的递推傅里叶相量;
所述频率偏差值判定模块适于将频率偏差值与频率偏差比较阈值进行比较,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;
若频率偏差值不小于频率偏差比较阈值,则通过所述真实相量计算模块将上述递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式,以求解得到真实傅里叶相量。
在本实施例中,关于所述保护计算单元、测量单元的具体工作方法、原理如上述信号实际频率的计算方法和递推傅里叶相量补偿算法相同,此处不再赘述。
综上所述,本发明所提供了的接入多间隔电气量的保护、测量一体化***及其工作方法,由于利用递推的傅氏相量进行频率计算,该计算方法是基于傅氏基波量进行的,因此对于采样频率无特殊要求,只要满足恩奎斯特采样定理可以正常计算傅氏基波相量即可,故操作十分方便;并且本计算方法对于计算傅氏变换的采样数据窗的采样频率是否跟随信号频率无要求,所以步骤S2基于固定频率插值重采样生成保护用数据窗计算傅氏相量,进而测量频率是准确的。不会因此影响后续跟随于信号频率的测量采样数据窗的生成;
测量值的计算滞后于当前采样数据1个周波,即对当前采样点之前一个周波的采样点进行测量计算。因测量量反应的是电力***稳态运行的状况,同时电力***是一个巨大的惯性***,因此延时1个周波计算测量值,基本不影响测量值的实时性。另外在***频率有变化的情况下,延时1个周波插值重采样生成的测量数据可确保测量重采样频率跟随于信号频率,可以准确地计算出测量值。故本发明避免了逐点实时计算当前测量值的方法存在因重采样频率不跟随于信号频率,导致无法正确计算出测量值的风险。
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 (2)
1.一种适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化工作方法,其特征在于,包括:
利用固定采样频率获取采样数据进行递推傅里叶相量计算,采用定频采样方式下的递推傅里叶相量补偿算法求解真实傅里叶相量,以进行保护计算;和/或
通过获得的信号实际频率及预设的每周波测量计算点个数进行插值重采样,以生成1个周波之前的测量用采样数据窗,进行测量计算;
所述信号实际频率的计算方法包括:
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
所述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;
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;
计算所述频率偏差值的方法包括:
设频率偏差值为Δf,且判断频率偏差值Δf的取值范围;以及
建立频率偏差值Δf计算公式;其中
所述判断频率偏差值Δf的取值范围的方法包括:
若α>0,则Δf>0;
若α<0,则Δf<0;以及
fmeas为预设信号频率;以及
并且所述信号实际频率的计算公式,即
freal=fmeas+Δf;
所述递推傅里叶相量补偿算法包括:
通过间隔为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;
定义信号实际频率与信号预设频率之差为频率偏差值;
频率偏差值不小于频率偏差比较参考值,则将上述相应递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式,以求解得到真实傅里叶相量;
通过间隔为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:
对于电气量通道,设有采样数据序列,即
x0,x1,x2....xN/2,xN/2+1....xN-1,xN,...x3N/2-1;
并将频率偏差值Δf代入所述真实傅里叶相量;
生成所述测量用采样数据窗的方法包括:
在固定采样频率数据窗积累满1个周波以上的采样点数据之后,按信号实际频率对1个周波前的采样点按照测量采样频率进行插值重采样,生成1个周波之前的测量用采样数据窗;
计算频率为预设的测量计算每周波采样点个数与信号实际频率的乘积。
2.一种适于接入多间隔电气量的保护、测量一体化***,其特征在于,包括:
保护计算单元,通过固定采样频率获取采样数据进行递推傅里叶相量计算,采用定频采样方式下的递推傅里叶相量补偿算法求解真实傅里叶相量,以进行保护计算;和/或
测量单元,用于通过信号实际频率及预设的每周波测量计算点个数进行插值重采样,以生成1个周波之前的测量用采样数据窗,以进行测量计算;
频率计算单元包括:
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;以及
所述保护计算模块包括:相量计算模块、频率偏差值判定模块和真实相量计算模块;其中
所述相量计算模块适于使用两个连续且间隔为N/2个采样点的采样数据窗数据计算相应的递推傅里叶相量;
所述频率偏差值判定模块适于将频率偏差值与频率偏差比较阈值进行比较,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;
若频率偏差值不小于频率偏差比较阈值,则通过所述真实相量计算模块将上述递推傅里叶相量展开为以频率偏差值表示的解析形式,以求解得到真实傅里叶相量。
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