CN116137895A - 提供电力***中的电量的频率 - Google Patents

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CN116137895A CN202180057628.3A CN202180057628A CN116137895A CN 116137895 A CN116137895 A CN 116137895A CN 202180057628 A CN202180057628 A CN 202180057628A CN 116137895 A CN116137895 A CN 116137895A
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Abstract

一种用于提供电力***中的电量的频率的方法，包括：相对于第一时间，获得(30)电力***中的电量的第一离散傅里叶变换DFT相量，评估(32)第一时间之前的第一时间间隔处的第二DFT相量，其中，第一时间间隔取决于近似频率，以及基于第一和第二DFT相量确定(34)第一时间处的频率。

Description

提供电力***中的电量的频率
技术领域
本发明涉及一种用于提供电力***中的电量的频率的方法和计算机程序产品，以及一种在该电力***中使用的相量处理设备。
背景技术
电学物理量的相量在电力***中的装备保护方面非常重要。许多活动(诸如保护活动)基于相量测量。
此外，在一些情况下，了解电力***的频率本身也很重要。电力***通常具有标称频率。由于各种情况(诸如故障和负载变化)，频率可能与标称频率不同。另外，由于可再生能源的出现，电力***的频率稳定性可能较低。因此，***频率可能快速变化，这有时是不利的并且需要予以处理。为了能正确处理这种情况，需要准确确定瞬时***频率。
另外，例如为了确定电力线上是否存在故障，电压和电流的幅值和相位在许多情况下是重要的。相量使用所谓的离散傅里叶变换(DFT)获得，并且反映标称频率、幅值和相位。因此，DFT相量的准确度也很重要。
现有技术的示例可以在US5832414中找到，其涉及一种发电机保护***和一种补偿由于离散傅里叶变换中的振荡引起的相量评估的误差的方法。
本发明的各方面解决以上提及的情况中的一个或多个。
发明内容
本发明的实施例的一个目的在于基于电力***频率的改进评估来应用故障处理措施。
根据第一方面，该目的通过一种用于提供电力***中的电量的频率的方法来实现。
该方法包括：
相对于电量被采样的第一时间，获得电力***中的电量的第一离散傅里叶变换DFT相量，
评估第一时间之前的第一时间间隔处的第二DFT相量，所述第一时间间隔取决于近似频率，其中，第二DFT相量通过使用在要评估第二DFT相量的时间附近的采样时间处获得的DFT相量进行插值来评估，以及
基于第一和第二DFT相量确定第一时间处的频率。
根据第二方面，该目的通过用于在电力***中使用的相量处理设备来实现。相量处理设备被配置为：
相对于第一时间，获得电力***中的电量的第一离散傅里叶变换DFT相量，
评估第一时间之前的第一时间间隔处的第二DFT相量，所述第一时间间隔取决于近似频率，其中，第二DFT相量通过使用在要评估第二DFT相量的时间附近的采样时间处获得的DFT相量进行插值来评估，以及
基于第一和第二DFT相量确定第一时间处的频率。
相量处理设备可以包括处理器，该处理器被配置为执行前面提及的活动。
作为示例，相量处理设备可以是智能电子设备，诸如保护继电器。作为另一示例，它可以是相量测量单元、电网控制器或合并单元。因此，相量处理设备可以从由智能电子设备、保护继电器、相量测量单元、电网控制器和合并单元组成的群组中选择。
根据第三方面，以上提及的目的通过一种用于提供电力***中的电量的频率的计算机程序产品来实现，其中，该计算机程序产品被提供在包括计算机程序代码的数据载体上，该计算机程序代码被配置为当计算机程序代码由处理器操作时，使处理器：
相对于第一时间，获得电力***中的电量的第一离散傅里叶变换DFT相量，
评估第一时间之前的第一时间间隔处的第二DFT相量，所述第一时间间隔取决于近似频率，其中，第二DFT相量通过使用在要评估第二DFT相量的时间附近的采样时间处获得的DFT相量进行插值来评估，以及
基于第一和第二DFT相量确定第一时间处的频率。
表述“在评估第二DFT相量的时间附近的采样时间”意味着例如多个采样时间，其中多个采样时间中的采样时间在要评估第二DFT相量的时间之前或之后。插值需要在期望时间之前(即前面)的样本和在期望时间之后(后面)的样本。插值可以使用在期望时间之前和在期望时间之后的相同数量的样本。然而，插值可以使用在期望时间之前和在期望时间之后的不同数量的样本。例如，或者一个或多个采样时间可以在要评估第二DFT相量的时间之前，并且剩余的(多个)采样时间可以在要评估第二DFT相量的时间之后。
可以在要评估第二DFT相量的时间之前的采样时间处获得DFT相量中的DFT相量，并且可以在要评估第二DFT相量的时间之后的采样时间处获得DFT相量中的另一DFT相量。
根据第一、第二和第三方面，第二DFT相量可以通过使用直接在要评估第二DFT相量的时间之前的采样时间处获得的DFT相量和直接在要评估第二DFT相量的时间之后的采样时间处获得的另一DFT相量进行线性插值来评估。
可选地，根据第一、第二和第三方面，第二DFT相量可以通过使用在要评估第二DFT相量的时间附近的采样时间处获得的至少三个DFT相量进行高阶插值来评估。
至少三个DFT相量中的DFT相量可以在要评估第二DFT相量的时间之前的采样时间处获得，并且至少三个DFT相量中的另一相量可以在要评估第二DFT相量的时间之后的采样时间处获得。至少三个DFT相量中的至少一个DFT相量可以直接在要评估第二DFT相量的时间之前或之后。
根据第一和第二方面的第一变体，在第二DFT相量的评估中使用的近似频率是第一时间之前的第二时间处的频率，特别地，第二时间处的频率基于第二时间处的先前DFT相量和第二时间之前的第二时间间隔处的先前评估的DFT相量来确定。附加地，首先使用的近似频率可以是电力***的标称频率。
根据第一和第二方面的第二变体，时间间隔由1除以乘积给出，其中，乘积是近似频率的两倍，其中，近似频率是在第二相量的评估中使用的频率。因此，这是第一时间间隔所依赖的频率。
第一和第二时间可以附加地是采样时间，即相量被采样的时间。然而，第一时间之前的第一时间间隔和第二时间之前的第二时间间隔可以是采样时间之间的时间点。
根据第一方面的第三变体，基于第一和第二DFT相量确定频率包括确定第一和第二DFT相量之间的相角的差。
根据第二方面的相应变体，相量处理设备被配置成当基于第一和第二DFT相量确定频率时确定第一和第二DFT相量之间的相角的差。
第五方面涉及一种用于提高电力***中的电量的相量准确度的方法，该方法包括获得电量的相量，特别地，根据第一方面的第一DFT相量，
获得电量的频率，特别地，根据第一方面的方法，
将频率应用到校正函数，校正函数基于相量的解析表达式，以及
利用从校正函数获得的校正因子调节相量。
此外，上述第五方面和第五方面的以下变体可以提供为第一、第二和第三方面的附加变体。换句话说，第五方面可以与第一、第二和第三方面结合。
在与第五方面对应的第二方面的变体中，相量处理设备还被配置成
将所确定的频率应用到校正函数，校正函数基于第一DFT相量的解析表达式，以及
利用从校正函数获得的校正因子调节第一相量。
根据第二和第五方面的变体，解析表达式基于正弦函数。正弦函数可以附加地是具有固定幅值的正弦函数。
校正函数可以包括相量的相位作为参数。
根据第五方面的另一变体，该方法还包括基于相量评估校正函数的相位。
根据第二方面的相应变体，相量处理设备还被配置成基于相量来评估校正函数的相位。
根据第五方面的另一变体，该方法还包括基于解析表达式和零相角来评估要在校正函数中使用的初始相位。
根据第二方面的相应变体，相量处理设备还被配置成基于解析表达式和零相角来评估要在校正函数中使用的初始相位。
可以基于第一时间处的DFT相量的相位和相角参数设置为零的校正函数的相位之间的差来评估初始相位。可选地，可以通过在解析表达式中应用零相角来评估初始相位，该解析表达式是电力***的标称频率附近的相量的解析表达式的级数展开。
附加地，可以将所确定的第一时间处的频率和/或经调节的相量应用于电力***中的故障处理措施。
故障处理措施可以是频率变化率(ROCOF)保护措施和/或发电机保护措施。可能故障的非限制性示例是短路故障。
本发明具有许多优点。它提供了频率确定和相量评估的改善的准确度。因此，在严重的***事故的情况下，诸如当频率明显偏离标称值时，它可以附加地确保相量评估的可靠性。
附图说明
在下文中将参考附图描述本发明，在附图中
图1示意性地示出了包括连接到相量处理设备的电力线的电力***，
图2示意性地示出了相量处理设备的一种实现方式，其包括DFT相量确定模块、频率评估模块、DFT相量校正模块和保护动作执行模块，
图3示意性地示出了相量处理设备的另一实现方式，
图4示出了频率偏离标称频率的两个相量的幅值的时间依赖性，
图5示出了用于提供电力***中的电量的频率的方法中的多个元素，
图6示出了常规频率评估和根据该方法的频率评估的比较，
图7示出了用于提高电力***中的电量的相量准确度的方法中的多个元素，
图8示出了标准DFT幅值、具有线性化起始角度的经校正的DFT幅值、以及在标称频率附近的频率范围内四次迭代之后的经校正的DFT幅值，
图9示出了校正函数的起始角度和相应DFT相量的角度之间的关系，以及
图10示意性地示出了具有用于实施频率评估模块、保护活动执行模块和DFT相量校正模块的呈CD-ROM盘的形式的计算机程序代码的数据载体。
具体实施方式
下面详细讨论本发明的实施例。在描述实施例时，为了清楚起见，使用了特定的术语。然而，本发明并不局限于如此选择的特定术语。尽管讨论了具体的示例性实施例，但是应理解，这仅出于说明目的。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以使用其它组件和配置。
本发明总体上涉及提供诸如交流(AC)电力***的电力***中的电量的频率和/或相量，该频率和/或相量可以用于执行电力***中的故障处理措施。
图1示意性地示出了这种电力***10中的电力线PL。电力线PL连接有相量处理设备12，即处理相量的设备。处理可以包括基于电力***中的电量的相量来确定频率。因此相量处理设备12也可以被认为是提供电力***中的电量的频率的设备。相量处理设备12可以有利地是智能电子设备(IED)，诸如保护继电器。
在这个示例中，相量处理设备12被实施为经由电流互感器CT和电压互感器VT连接到电力线PL的保护继电器。保护继电器在离散的时间点或时刻(通常表示为采样时间)测量电力线PL的电流和电压。
图2示意性地示出了相量处理设备10的一种实现方式。相量处理设备包括离散傅里叶变换(DFT)相量确定模块DFT PDM 14、频率评估模块FEM 16、DFT相量校正模块DFT PCM18和保护应用执行模块PAPM 20。保护应用执行模块20可以连接到执行保护应用的另外的设备。在保护继电器的情况下，作为示例，它可以连接到断路器。如上所述，相量处理设备12可以具有其它实现方式，诸如呈相量测量单元(PMU)、电网控制器或合并单元的形式，并且在这种和其它情况下，它可以连接到其它设备，诸如连接到转换器或连接到静态VAR补偿器。这种活动执行设备也可以是相量处理设备12的一部分。
附加地，DFT相量确定模块14可以被提供为单独的设备，其向相量处理设备12提供DFT相量用于处理相量。附加地，可以省略DFT相量校正模块18。
DFT相量确定模块14、频率评估模块16、DFT相量校正模块18和保护应用执行模块20可以实现为一个或多个专用的集成电路，诸如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。
可选地，DFT相量确定模块14、频率评估模块16、DFT相量校正模块18和保护应用执行模块20可以被实现为作用于一个或多个计算机存储器中的实施模块功能的计算机程序指令的一个或多个处理器。图3示出了相量处理设备12中的模块的一种实现方式，其中存在处理器PR 22和存储器24，并且处理器22作用于存储器24中实施模块的计算机指令。
DFT相量确定模块14确定由电流互感器CT和电压互感器VT测量的电量电流和电压中的一个或多个的DFT相量。如本领域中公知的，相量被实现为这种量的幅值和相位，并且可以被计算为DFT相量。
电力***通常具有标称频率，诸如50或60Hz。然而，***通常不能保持标称***频率。***频率可能在标称频率附近变化，其中作为示例，这种频率变化可能受到负载变化影响。此外，例如与同步电机相比，发电***越来越多地采用具有低惯性的可再生能源。因此，***频率可能变得不稳定和易变。
因此，获得瞬时***频率的精确评估是有意义的。本发明的各方面旨在提供对瞬时***频率的良好评估。
电力***中一个经常使用的量是相量，即，电量的幅值和相位。相量在许多不同的活动中是重要的。因此，它通常可用，并且也是用于确定***频率的良好来源。另外，基于电量的测量样本，相量通常被计算为DFT相量。
DFT可以基于在采样时间获得的幅值测量的一系列样本如下获得：
Figure BDA0004113478200000061
其中，一系列样本Ak是以恒定采样时间间隔ts进行的幅值测量，并且因此样本k的DFT是利用复数指数
Figure BDA0004113478200000062
加权的最后N个样本的平均值，其中j是虚数单位。
如果在诸如Mathematica的数学分析工具中研究相量的DFT，则可以获得可以分析的分析工具的第一解析DFT相量表达式，该解析表达式基于正弦函数，特别地，具有固定的频率。
在例如Mathematica中，如果期望具有频率f和相角φ的正弦波的DFT，则获得分析工具的以下等式作为第一解析表达式
Figure BDA0004113478200000071
其中，f0为标称***频率，k为求和指数，并且N为针对N＝1/(f0ts)求和的样本的数量，即一个完整的标称周期。
当研究作为分析工具的第一解析表达式的等式(2)时，发明人进行了一些观察。第一观察是该等式是不包含求和的封闭表达式。因此，无论N的值是多少，计算成本都是相同的。然而，计算成本无论如何都相当大，因为它包含多个复数指数；看起来有9个这样的复数指数，但更仔细的研究表明这些复数指数可以被简化为4个基本复数指数的组合。
发明人所进行的第二观察可以从图4中理解，其示出了具有0.95*f0的频率偏差的DFT相量的幅值26的时间依赖性和具有1.01*f0的频率偏差的DFT相量的幅值28的时间依赖性。可以看出，实际频率的两倍似乎在相量的确定中起作用。发明人所进行的第三观察是，初始相角
Figure BDA0004113478200000073
起时间的作用。
Figure BDA0004113478200000074
等式2中出现的时间t限于求和范围t＝0至ts(N-1)，并且初始相角反映每个新样本的连续DFT计算之间的延迟。
理想情况f＝f0被等式2覆盖，但这种情况要求在分子和分母两者为零下取极限。结果有些有趣：
Figure BDA0004113478200000072
这意味着，在这种情况下，幅值为1，并且DFT角度随时间线性增加，偏移π/2。
现在将参考图5更详细地描述如何利用这种知识，其示出了用于提供电力***中的电量的频率的方法中的多个元素的流程图。
DFT相量确定模块14连续确定DTF相量，例如由电流互感器CT和电压互感器VT测量的呈电流和/或电压的形式的电量的相量。这些DFT相量也被提供给频率评估模块FEM 16。然后频率评估模块16确定相量的频率。
对于DFT相量，频率评估模块16具有以下操作：
频率评估模块16从DFT相量确定模块14获得关于第一时间的第一DFT相量，30，其中，第一时间可以是当前时间点，其附加地还可以是测量或采样电量的时间。频率评估模块16然后继续并评估在第一时间之前的第一时间间隔的第二DFT相量，32，该第一时间间隔取决于近似频率。更特别地，第一时间间隔可以由1除以乘积给出，其中乘积是近似频率的两倍。
更特别地，近似频率可以是第一时间之前的第二时间处的频率。例如，第二时间可以是先前样本的时间，即，在物理量的当前样本之前的物理量的样本的时间。
此后，频率评估模块16基于第一和第二DFT相量确定第一时间处的频率，34。频率的确定可以包括确定第一和第二DFT相量之间的相角的差。
用作近似频率的第二时间处的频率可以以与第一时间处的频率相同的方式确定，即，基于第二时间处的第三DFT相量和在第二时间之前的第二时间间隔的先前评估的第四DFT相量，其中，第二时间间隔在这种情况下取决于在第二时间之前的第三时间处的另外的近似频率。初始近似频率还可以是标称频率。
频率f可以更特别地根据下式获得：
Figure BDA0004113478200000081
即，作为相量An的相角的时间导数。由此可以理解，基于第一和第二DFT相量确定第一时间处的频率包括确定第一和第二DFT相量之间的相角的差。换句话说，第一时间处的频率通过以下方式确定：
执行插值以找到最佳时间差1/(2fold)处的角度，即，取决于近似频率fold的时间间隔处的角度。下面的一组等式说明了如何做到该点：
根据近似频率，其是最后评估的频率fold，对应于最佳时间步长的样本的数量s计算如下
Figure BDA0004113478200000082
应注意，步长s通常不是整数。然后，在当前时间处的当前样本n之前的先前时间处的DFT结果，即，在第一时间处的第一DFT相量之前的时间间隔下的第二DFT相量，可以通过线性插值评估为
DFT[n-s]≈DFT[n-floor(s)]++(s-Floor(s))(DFT[n-Ceiling(s)]-DFT[n-Floor(s)]) (7)
其中，Floor(s)和Ceiling(s)是分别小于或大于s的最接近的整数。角度差则通过以下给出第一时间处的所评估的频率：
Figure BDA0004113478200000091
其中，DFT(n)是第一时间处的第一DFT相量，并且DFT[n-s]是在时间间隔1/(2fold)下的第二DFT相量，即，在取决于近似频率fold的时间间隔下的第二DFT相量。
这种方法适用于宽的频率范围。这可以在图6中看到，其示出了使用固定步长的传统频率评估38和使用插值的频率评估40在48秒内从40到60Hz的频率扫描。可以看出，在40至60Hz的频率范围内，插值方法给出了大约0.01Hz的恒定偏差。
在所描述的方法的频率偏差中可能存在一些变化。仔细检查发现，最小值出现在对应于整数样本的频率，诸如47.62、50和52.63Hz。所插值的信号中的偏差因此可以追溯到所采用的线性插值；高阶插值将进一步减小偏差。
可以采用更高阶的插值，诸如多项式插值或样条插值。高阶插值需要至少三个DFT结果。
在当前时间处的当前样本n之前的期望时间处的DFT结果DFT[n-s]可以使用高阶插值来评估，例如，使用当前样本n-Floor(s)、n-Floor(s)+x、n-Ceiling(s)、n-Ceiling(s)-y处的DFT结果，其中x和y是整数。换句话说，在期望时间之前和之后的当前样本处的至少三个DFT结果可以用于通过采用高阶多项式来评估期望时间处的DFT结果。
换句话说，第二DFT相量可以通过使用至少三个DFT相量进行高阶插值来评估。至少三个DFT相量中的DFT相量在要评估第二DFT相量的时间之前的采样时间获得，并且至少三个DFT相量中的另一DFT相量在要评估第二DFT相量的时间之后的采样时间获得。
使用更高数量的DFT相量可以允许增加插值的阶数，这将进一步减小偏差。
然后，所确定的频率可以被认为是电力***的***频率。更特别地，它可以是与第一时间相关联的瞬时***频率的评估。
所确定的频率然后可以被保护活动执行模块20直接用于执行故障处理措施。保护活动执行模块20因此可以将***频率评估应用到电力***36中的故障处理措施中。这可能涉及一系列不同的活动，诸如频率变化率(ROCOF)方面的保护活动，诸如断开负载。
如上所述，频率评估也可以关于DFT相量使用。更特别地，它可以用于校正DFT相量。现在将参考图7讨论如何实现该点，其示出了用于提高电力***中的电量的相量准确度的方法中的多个元素。
同样，DFT相量确定模块14确定电力***中的电量的相量，其被提供给频率评估模块16以及提供给DFT相量校正模块18。频率评估模块16确定相量的频率，并且还将这个频率提供给DFT相量校正模块18。
DFT相量校正模块18由此获得电量的频率，42，以及获得相应的相量，44，其中，频率是先前讨论的由频率评估模块16确定的第一时间处的频率，并且相应的相量是先前讨论的用于确定这个频率的第一时间处的第一DFT相量。可选地，DFT相量校正模块18还基于相量评估相位，46，并且然后将频率和相位应用于校正函数，48，其中，校正函数基于相量的解析表达式。作为示例，解析表达式可以是先前提及的通过等式2实现的第一解析表达式。最后，DFT相量校正模块18利用从校正函数获得的校正因子调节相量，50。
作为示例，基于数学分析工具的解析DFT相量表达式的校正函数可以呈等式(2)的形式。这个第一表达式具有相角参数
Figure BDA0004113478200000102
和频率参数f，并表示DFT相量。因此，校正函数也具有频率参数f和相角参数/>
Figure BDA0004113478200000101
相位的评估可以包括评估将在校正函数中使用的初始相位。
初始相位的评估可以基于DFT相量和零相角的解析表达式。更特别地，可以基于先前提及的第一时间处的DFT相量的相位和相角参数设置为零的校正函数的相位之间的差来评估初始相位。可选地，可以通过在解析表达式中应用零相角来评估初始相位，其是电力***的标称频率附近的DFT相量的解析表达式的级数展开。
在已经评估了初始相位之后，相位校正模块然后将初始相位作为相位参数与所确定的第一时间处的频率一起作为相位校正函数中的频率参数来应用，其中，校正函数基于解析DFT相量表达式，在此由等式2来例示。
通过应用校正函数中的参数，DFT相量校正模块18获得校正因子，并且DFT相量校正模块18然后利用从校正函数获得的校正因子来调节当前DFT相量，该校正因子因此通过使用***频率评估作为频率参数并使用所评估的初始相位作为相位参数来获得。
此后，这种类型的评估可以被迭代地执行用于随后的DFT相量，其中，频率是当前相量的相应所评估的新频率，并且相位是利用先前相位调节的当前相量的相位。
附加地，经调节的相量可以提供给保护活动执行模块20，其反过来可以处理经校正的相量，并且在经处理的电流相量指示故障的情况下执行保护活动。
DFT相量校正模块18的操作也可以通过以下方式描述。
具有统一幅值和固定频率的正弦曲线的闭合DFT表达式，即等式2，可以用于校正任何波形w(t)的DFT结果。校正函数
Figure BDA0004113478200000119
可以通过用等式2除以f＝f0的结果，即等
式4，导出，从而：
Figure BDA0004113478200000111
则经校正的或准确度提高的DFT结果为
Figure BDA0004113478200000112
按照推测校正函数仅取决于信号实际频率f及其相位
Figure BDA0004113478200000113
因为其它两个参数f0和N在每个特定应用中推测保持不变。
如果可以评估相位，则校正是直接的，并且可以消除数字精度的频率伪影。这可以在图8中看出，其示出了三种变体中25和75Hz之间的频率扫描的DFT幅值：标准DFT 52、具有线性化起始角度而没有求平均的经校正的DFT 54、以及4次迭代后的经校正的DFT 56。
起始角度提出了比频率稍微更复杂的问题，但是也可以根据标准DFT结果进行评估。复杂性在于DFT相量角度不等于所需的起始角度
Figure BDA0004113478200000114
即使它们必须相关，因为它们两者以相同的斜率(平均)增加以反映实际频率。图9例示了该点，其示出了针对50Hz进行分析的75Hz信号DFT的DFT相量的起始角度58和角度60之间的关系。
如果斜率被认为是已知的，则
Figure BDA0004113478200000115
和相位[DFT]之间的关系被近似地发现为通过
Figure BDA00041134782000001110
给出的点的直线。因此，起始角度可以通过以下近似：
Figure BDA0004113478200000117
其中，π/2来自校正函数
Figure BDA0004113478200000118
与DFT表达式，等式2，之间的相位差。由此可以看出，基于第一等式和零相角来评估初始相位，其中，附加地基于当前DFT相量的相位和相角参数设置为零的校正函数的相位之间的差来评估初始相位。
然而，这种方法需要对每个经校正的样本执行两次
Figure BDA0004113478200000122
的表达式，等式(9)，这显著增加了计算成本。这种计算可以通过由DFT表达式的级数展开，等式4，给出的更简单的表达式来近似，其中在f＝f0附近/>
Figure BDA0004113478200000123
Figure BDA0004113478200000121
这个等式包含三角函数Cot[2π/N]，但这在所有评估中都是相同的，并且因此可以一次全部计算出。等式12的前两项的角度因此可以用于校正DFT角度，类似于等式11。由此可见，基于第一解析表达式和零相角来评估初始相位，其中在这种情况下，通过在解析工具的解析表达式(等式12)中应用零相角来评估初始相位，其是第一解析表达式在电力***的标称频率f0附近的级数展开。
评估初始相角的两种以上描述的方法在f0附近10％范围内同样适用。
增加角度校正系数不影响DFT相位的振荡，并且将使校正准确度劣化。为了减少振荡，浮动平均方法可以用于频率评估和起始角度两者，尽管具有附加复杂性。由于角度稳步增加并且更糟糕地从1800至-1800频繁跳跃的事实，导致了这些复杂性。为了使用平均方法，必须消除这些复杂性。
通过首先去除线性相位增加，然后进行求平均，以及最后添加回线性增加角度，可以消除复杂性。
一个周期的平均化间隔对于最小化延迟可能是最佳的。
频率和起始角度评估的质量限制了可能的准确度提高。研究表明，对于可接受的结果，起始角度评估比频率更具决定性。为了克服这种限制，可以预期迭代程序，其中从最后校正的DFT相量中获得的频率和起始角度评估，因为这些评估应该具有减少的振荡。
因此，如果投入足够的计算工作，相当大范围的频率可以获得准确度提高。在此，如果要求1％的准确度，则30至70Hz的区域可以利用4次迭代来覆盖。这可以与其中标准DFT在相同准确度内的区域进行比较：大约49.5至50.5Hz。
因此，为了保护，期望最佳实施方式是使用DFT准确度增强而无需迭代。频率评估和起始角度可以以上述方式获得，其中线性化公式，等式12，可能是优选的。用于频率评估的线性插值应该给出很少的附加计算成本，而起始角度平均化可能增加明显的负担。利用这样的实施方式，预期大多数现代保护继电器将能够适应至少对于一些关键信号的DFT增强。
对于离线应用，计算负担不是主要问题，但当然也不应该浪费。因此，人们可以设想自适应实施方式，所评估的频率偏离标称值越多，其就选择越繁重的计算。增加的计算工作量的这种阶梯可能构成：
1.当频率接近标称值时关于保护的相同的实施方式。暂定范围是±2Hz。
2.随着频率越来越偏离标称值的增加的迭代数量。
如前所述，所评估的频率和经校正的相量可以用于许多领域。
故障处理功能可以是多种故障处理功能中的任何一种。作为示例，故障处理措施可以是频率变化率(ROCOF)保护措施。
作为另一示例，故障处理措施可以是当频率显著偏离标称值时，在严重的***事故情况下确保相量评估的可靠性。因此，一种可能的应用是在***事故期间递送具有可靠准确度和良好时间分辨率的相量。常见的***事故是发电设施损坏，这将导致频率下降，直到采取控制以尽可能恢复***。已经发生的许多整体***崩溃起源于这样的事件，其中额外的不幸事件或情况导致了崩溃。不幸的是，在这些不幸的事件中，保护失灵似乎并不少见。因此，可能有希望的是增强的DFT可以降低级联事件导致***崩溃的风险。
因此，这个示例表明，当频率下降时，在***事故期间，增强程序可以给出更精确的相量评估。
改进的频率评估和/或DFT相量校正可能有意义的另一示例是在发电机突然失去负载的情况。
已经详细呈现了获得DFT相量评估的显著增强的准确度的意想不到的方法。它可以将公知的DFT频率相关的伪影降低到***噪声水平，并且因此伪影不可见。这在大于±10Hz的宽频率范围内是可能的。以更多的计算工作量为代价，提出了具有增加的频率范围和准确度的增强DFT的几个变体。据评估，至少最基本的版本(在±5Hz间隔内具有优于1％的准确度)应该可以在大多数当前实时保护和控制平台上运行。
除了提高相量准确度之外，还提出了简单的频率评估的算法。这个算法具有小于一个周期的延迟，并且在较宽的频率间隔内能够以良好的准确度应用。
据设想，随着DFT算法在这些应用中的广泛使用，频率评估和DFT相量的增强的准确度将有助于电力***的更可靠的控制和保护。增强的准确度实现了未来其它应用的开发。
如前所述，频率评估模块和保护活动执行模块以及可选的DFT相量校正模块和DFT相量确定模块可以使用软件来实施。因此，它们可以使用计算机程序代码来实施，该计算机程序代码可以被提供在一个或多个数据载体上，当其上的程序代码被一个或多个处理器操作或者被加载到一个或多个计算机中时，执行这些模块的功能。图10中示意性地示出了呈CD ROM盘的形式的具有计算机程序代码64的一种这样的数据载体62。作为替代性方案，这种计算机程序可以被提供在记忆棒上。作为替代性方案，计算机程序可以提供在服务器上，并从其下载到一个或多个计算机中。
在一般或替代性方面，本公开还涉及一种用于在电力***(10)中提供电量的频率的方法，该方法包括：
相对于第一时间，获得(30)电力***中的电量的第一离散傅里叶变换DFT相量，
评估(32)第一时间之前的第一时间间隔处的第二DFT相量，所述第一时间间隔取决于近似频率，以及
基于第一和第二DFT相量确定(34)第一时间处的频率(fnew)。
近似频率可以是在第一时间之前的第二时间处的频率，特别地，第二时间处的频率基于第二时间处的先前DFT相量和第二时间之前的第二时间间隔处的先前评估的DFT相量来确定。
此外，第一时间间隔可以由1除以乘积给出，其中，乘积是近似频率的两倍。
此外，基于第一和第二DFT相量确定(34)第一时间处的频率可以包括确定第一和第二DFT相量之间的相角的差。
此外，该方法还可以包括将所确定的第一时间处的频率应用(36)在电力***中的故障处理措施中。
根据另外的方面，提供了一种用于提高电力***中的电量的相量准确度的方法，该方法包括：
获得(42)电量的频率，特别地，根据以上提及的用于提供电力***中的电量的频率的一般或替代性的方法；
获得(44)电量的相量，特别地，以上提及的第一DFT相量；
将频率应用(48)到校正函数，该校正函数基于相量的解析表达式；以及
利用从校正函数获得的校正因子调节(50)相量。
根据实施例，解析表达式可以基于正弦函数。
此外，校正函数可以包括相量的相位作为参数，并且该方法还包括基于相量来评估(48)校正函数的相位。
此外，该方法还可以包括基于解析表达式和零相角来评估将在校正函数中使用的初始相位。
此外，该方法还可以包括将经调节的相量应用在电力***的故障处理措施中。特别地，故障处理措施可以是频率变化率(ROCOF)保护措施。
此外，故障可以包括短路故障和/或保护可以是对发电机的保护。
根据另外的方面，提供了一种用于在电力***(10)中使用的相量处理设备(12)。该相量处理设备可以包括处理器(22)，该处理器被配置成：
相对于第一时间，获得电力***中的电量的第一离散傅里叶变换DFT相量，
评估第一时间之前的第一时间间隔处的第二DFT相量，所述第一时间间隔取决于近似频率，以及
基于第一和第二DFT相量确定第一时间处的频率(fnew)。
根据一个实施例，该设备可以从以下群组中选择：智能电子设备、保护继电器、相量测量单元、电网控制器和合并单元。
根据另外的方面，提供了一种用于提供电力***(10)中的电量的频率的计算机程序产品。计算机程序产品可以提供在包括计算机程序代码(64)的数据载体(62)上，该计算机程序代码被配置为当所述计算机程序代码被处理器(22)操作时使处理器：
相对于第一时间，获得电力***中的电量的第一离散傅里叶变换DFT相量，
评估第一时间之前的第一时间间隔处的第二DFT相量，所述第一时间间隔取决于近似频率，以及
基于第一和第二DFT相量确定第一时间处的频率(fnew)。
从前面的讨论而显而易见的是，本发明可以以多种方式变化。因此，应当认识到，本发明仅受以下权利要求限制。

Claims (20)

1.一种用于提供电力***(10)中的电量的频率的方法，所述方法包括：
相对于所述电量被采样的第一时间，获得(30)所述电力***中的电量的第一离散傅里叶变换DFT相量，
评估(32)所述第一时间之前的第一时间间隔处的第二DFT相量，所述第一时间间隔取决于近似频率，其中，所述第二DFT相量通过使用在要评估所述第二DFT相量的时间附近的采样时间处获得的DFT相量进行插值来评估，以及
基于所述第一DFT相量和所述第二DFT相量确定(34)所述第一时间处的频率(fnew)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二DFT相量通过使用直接在要评估所述第二DFT相量的时间之前的采样时间处获得的DFT相量和直接在要评估所述第二DFT相量的时间之后的采样时间处获得的另一DFT相量进行线性插值来评估。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二DFT相量通过使用在要评估所述第二DFT相量的时间附近的采样时间处获得的至少三个DFT相量进行高阶插值来评估。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述近似频率是在所述第一时间之前的第二时间处的频率，特别地，所述第二时间处的频率基于所述第二时间处的先前DFT相量和所述第二时间之前的第二时间间隔处的先前评估的DFT相量来确定。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一时间间隔由1除以乘积给出，其中，所述乘积是所述近似频率的两倍。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于所述第一DFT相量和所述第二DFT相量确定(34)所述第一时间处的频率包括确定所述第一DFT相量和所述第二DFT相量之间的相角的差。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括将所确定的所述第一时间处的频率应用(36)在所述电力***的故障处理措施中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
将所确定的频率应用(48)到校正函数，所述校正函数基于所述相量的解析表达式；以及
利用从所述校正函数获得的校正因子调节(50)所述相量。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述解析表达式基于正弦函数。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述校正函数包括所述相量的相位作为参数，并且所述方法还包括基于所述相量评估(48)所述校正函数的相位。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括基于所述解析表达式和零相角来评估待在所述校正函数中使用的初始相位。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，还包括将经调节的相量应用在所述电力***的故障处理措施中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述故障处理措施是频率变化率(ROCOF)保护措施。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述故障包括短路故障和/或所述保护是对发电机的保护。
15.一种用于在电力***(10)中使用的相量处理设备(12)，所述相量处理设备包括处理器(22)，所述处理器被配置成：
相对于电量被采样的第一时间，获得所述电力***中的所述电量的第一离散傅里叶变换DFT相量，
评估所述第一时间之前的第一时间间隔处的第二DFT相量，所述第一时间间隔取决于近似频率，其中，所述第二DFT相量通过使用在要评估所述第二DFT相量的时间附近的采样时间处获得的DFT相量进行插值来评估，以及
基于所述第一DFT相量和所述第二DFT相量确定所述第一时间处的频率(fnew)。
16.根据权利要求15所述的相量处理设备(12)，其中，所述第二DFT相量通过使用直接在要评估所述第二DFT相量的时间之前的采样时间处获得的DFT相量和直接在要评估所述第二DFT相量的时间之后的采样时间处获得的另一DFT相量进行线性插值来评估。
17.根据权利要求15所述的相量处理设备(12)，其中，所述第二DFT相量通过使用在要评估所述第二DFT相量的时间附近的采样时间处获得的至少三个DFT相量进行高阶插值来评估。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的相量处理设备(12)，其中，所述设备从以下群组中选择：智能电子设备、保护继电器、相量测量单元、电网控制器和合并单元。
19.一种用于提供电力***(10)中的电量的频率的计算机程序产品，所述计算机程序产品被提供在包括计算机程序代码(64)的数据载体(62)上，所述计算机程序代码被配置成当所述计算机程序代码被处理器(22)操作时使所述处理器：
相对于电量被采样的第一时间，获得所述电力***中的所述电量的第一离散傅里叶变换DFT相量，
评估所述第一时间之前的第一时间间隔处的第二DFT相量，所述第一时间间隔取决于近似频率，其中，所述第二DFT相量通过使用在要评估所述第二DFT相量的时间附近的采样时间处获得的DFT相量进行插值来评估，以及
基于所述第一DFT相量和所述第二DFT相量确定所述第一时间处的频率(fnew)。
20.根据权利要求19所述的计算机程序产品，其中，所述第二DFT相量通过使用直接在要评估所述第二DFT相量的时间之前的采样时间处获得的DFT相量和直接在要评估所述第二DFT相量的时间之后的采样时间处获得的另一DFT相量进行线性插值来评估，或
其中，所述第二DFT相量通过使用在要评估所述第二DFT相量的时间附近的采样时间处获得的至少三个DFT相量进行高阶插值来评估。
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