一種基于正交子帶的電網瞬時頻率測量與跟蹤方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)應用技術領域，更為具體地講，涉及一種基于正交子帶的電 網瞬時頻率測量與跟蹤方法。
【背景技術】
[0002] 頻率是電力系統(tǒng)的主要物理參數(shù)之一，也是反映電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的重要參數(shù)， 對電力系統(tǒng)頻率進行測量與跟蹤，是保證電力系統(tǒng)正常運行、控制與調節(jié)的前提。
[0003] 電網電力信號在實際監(jiān)測過程中常因電磁暫態(tài)、諧波負載、高低頻電磁干擾、非線 性設備等因素的影響，頻率隨時間發(fā)生變化，屬于非平穩(wěn)信號，采用傳統(tǒng)意義的周期頻率加 以描述具有一定的局限性。而瞬時頻率可描述電力系統(tǒng)的頻率特性，通過實時測量與跟蹤 實現(xiàn)對系統(tǒng)的運行狀態(tài)的評估、控制。
[0004] 目前對電力系統(tǒng)頻率的測量方法主要分為軟件測頻和硬件測頻法；對電力系統(tǒng)頻 率的測量跟蹤主要有電壓過零點周期法、離散傅里葉變換求解法、基于插值的方法、最小二 乘法、遞推最小二乘法、卡爾曼濾波法、小波分析、自適應陷波器法、牛頓迭代分析法等。
[0005] 上述現(xiàn)存方法大多計算量偏大，測量精度受諧波分量影響較大，在準確度、跟蹤速 度、實現(xiàn)難易程度、抗干擾性能上各有優(yōu)缺點。洪慧娜等在文獻《電力系統(tǒng)基波交流采樣頻 率修正的"三點"算法》中說明了基于"三點"算法的誤差隨著頻率波動和采樣頻率與波動 情況不一致等，會有較大誤差；李軍等在專利《電力系統(tǒng)中正弦波信號的頻率測量方法及系 統(tǒng)》中提出的電壓過零點法，容易受測量設備及諧波干擾，對采樣設備要求較高；路文喜等 在專利《改進雙正交濾波器組的電網頻率跟蹤算法》中提出的基于雙正交濾波器電網頻率 測量改進算法，李軍等在專利《電力系統(tǒng)頻率測量方法及裝置》中提出的基于比例積分的頻 率測量方法，葉松等在專利《一種電力系統(tǒng)頻率測量的方法》中提出的基于積分求頻率的方 法，以及其他基于相位差分法、積分法等方法，都存在著對幅值變化敏感，即當周期內輸入 流信號的幅值發(fā)生改變時，周期內積分為零的規(guī)則將不再成立，導致整個周期的瞬時頻率 測量出現(xiàn)較大誤差的問題。此外，部分基于積分的測量方法，其參照起點的選取非常關鍵， 而隨著電網頻率的波動，往往導致其選擇的起點并不是全局適用的，因而導致較大誤差。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于正交子帶的電網瞬時頻率 測量與跟蹤方法，通過線性最優(yōu)融合方式有效解決傳統(tǒng)瞬時頻率測量方法在部分采樣區(qū)間 誤差較大的問題；同時僅利用三個采樣點數(shù)據進行關鍵頻率的計算，有效減少了計算量，實 時性大大提高；還具有抗干擾性能好，受諧波分量影響小，并不受同步采樣問題限制，準確 度和實用性大大提高。
[0007] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明基于正交子帶的電網瞬時頻率測量與跟蹤方法，其 特征在于，包括以下步驟：
[0008] (1)、對輸入的模擬信號x(t)進行離散化采樣，得到離散的采樣信號p(k)= X(kTs)，其中，k = 1，2, 3...為采樣時刻，Ts為采樣間隔時間；
[0009] (2)、基于電網基頻f。和采樣間隔時間T s，構造正弦和余弦數(shù)字濾波器濾波器，其 單位脈沖響應分別為：
[0010] Ii1 (n) = sin [2 π (n+1)/N]
[0011] h2 (η) = cos [2 π (n+1)/N];
[0012] 其中，!！ =。，！，···，^^=!"!^);
[0013] (3)、利用上述數(shù)字濾波器分別對離散采樣信號進行濾波處理，得到兩個相
[0014] 位相差90°的正弦子帶信號，即P1GO和P2GO ;
[0017] (4)、設置步長為3的滑動窗口，再將滑動窗口的初始位置分別置于兩子帶信號的 首端，并依次滑動，滑動計算各采樣時刻規(guī)范化的瞬時角頻率的余弦值；
[0018]
[0019]
[0020]其中，[的取值為 A =3,4,5...:
[0021] (5)、對步驟（4)中，各個采樣時刻計算得到的余弦值進行融合；
[0022]
[0023] 通過反余弦計算可得到瞬時角頻率#/〇,進而得到優(yōu)化后的電網瞬時頻率的測 量值
[0024]
[0025] (6)、對電網瞬時頻率的測量值./_:(々）進行卡爾曼濾波，得到精確的瞬時頻率估計 值./_:(/〇'，再利用尤(1>實時跟蹤電網的瞬時頻率。
[0026] 本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的：
[0027] 本發(fā)明基于正交子帶的電網瞬時頻率測量與跟蹤方法，先對模擬輸入信號進行離 散化采樣，再通過構造的正交濾波器組對離散采樣后的信號進行濾波，將其分解成兩個相 位相差為90°的正弦子帶信號，在正弦子帶信號上利用任意連續(xù)三個采樣點間的數(shù)學關 系，分別計算各子帶的瞬時角頻率，對兩個子帶上的測量結果進行基于高斯噪聲模型的線 性最優(yōu)化融合，獲得誤差方差更小的瞬時角頻率測量值，最后對測量值進行卡爾曼濾波估 計，跟蹤電網的瞬時頻率。本發(fā)明方法的測量和跟蹤精度，不受非周期性噪聲信號、電網電 壓/電流幅值變化及諧波信號的影響，數(shù)據窗口短，算法計算簡單，可實時準確測量并跟蹤 電網基波的瞬時頻率。
[0028] 同時，本發(fā)明基于正交子帶的電網瞬時頻率測量與跟蹤方法還具有以下有益效 果：
[0029] (1)、本發(fā)明克服了傳統(tǒng)三點頻率計算方法在過零點附近出現(xiàn)較大誤差的缺點，利 用基于噪聲估計的最優(yōu)線性融合，減少了計算量且測量誤差?。?br>[0030] (2)、本發(fā)明測量精度不受周期噪聲信號及諧波信號的影響，具有數(shù)據窗口窄，運 算量小，算法時間復雜度和空間復雜度小，且能實時、準確地測量電網母線電流/電壓瞬時 頻率等特點。
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發(fā)明基于正交子帶的電網瞬時頻率測量與跟蹤方法流程圖；
[0032] 圖2是經離散采樣后的電網信號波形圖；
[0033] 圖3是子帶信號波形圖；
[0034] 圖4是子帶信號的角頻率余弦值波形圖；
[0035] 圖5是子帶信號融合后的角頻率余弦值波形圖；
[0036] 圖6是卡爾曼濾波后的電網瞬時頻率波形圖。
【具體實施方式】
[0037] 下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行描述，以便本領域的技術人員更好地 理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許 會淡化本發(fā)明的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。
[0038] 實施例
[0039] 本發(fā)明的實質是采用噪聲估計的方法對子帶信號進行線性最優(yōu)化融合處理，從而 獲取電網頻率。在能夠實現(xiàn)的條件下，采樣頻率可以盡量取大，這樣測算的結果將越精確；