一種電量幅值的測定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電量幅值的測定方法，屬于電力系統(tǒng)控制保護技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)微機保護的發(fā)展，有多種方法用于計算電量的幅值，如兩點法、三點 法和采樣點均值法，以上幾種算法是基于被采樣的電流和電壓量為純正弦變換的條件，有 計算量較少的特點，但當系統(tǒng)有非周期分量和高頻分量等則計算結(jié)果會出現(xiàn)較大誤差。為 此，開始采用精度高的計算方法，如傅立葉算法，傅立葉算法的優(yōu)點是精度高，濾波效果好， 是一種很好的幅值計算方法，但其計算量大，不太適合要求快速計算電量幅值的場合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種電量幅值的測定方法，以解決現(xiàn)有電量幅值在測定過程 中出現(xiàn)的誤差大或者計算量大的問題。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供了一種電量幅值的測定方法，該測定方法包括以 下步驟：
[0005] 1)對電量值進行采樣；
[0006] 2)基于離散傅立葉原理，計算采樣電量各次諧波的正弦分量和余弦分量；
[0007] 3)根據(jù)所確定的正弦和余弦分量設置諧波的各采樣點對應的余弦和正弦系數(shù)，根 據(jù)余弦、正弦系數(shù)和采樣點固定對應的原理計算各個采樣點的余弦因子和正弦因子；
[0008] 4)利用各個采樣點的余弦因子和正弦因子計算相鄰采樣點正弦和余弦分量的迭 代公式；
[0009] 5)利用迭代公式，計算各次諧波各個采樣點總的正弦和余弦分量，根據(jù)各次諧波 的正弦和余弦分量計算各次諧波的幅值，從而實現(xiàn)對電量各次諧波幅值的測定。
[0010] 所述步驟1)是通過頻率跟蹤的方式進行采樣的，以保證采樣點同步于被測電量 的實際頻率。
[0011] 所述步驟2)中各次諧波的正弦分量和余弦分量分別為：
[0014] 其中m指的是m次諧波，N為每周期電量的采樣點數(shù)，X (k)為第k個采樣點的電量 值，Xnff為第m次諧波的余弦分量，X ni為第m次諧波的正弦分量。
[0015] 所述步驟3)中余弦因子和正弦因子的計算公式如下：

對應的余弦和正弦系數(shù)，YC(k)為第k個采樣點的余弦因子，YS(k)為第k個采樣點的正弦 因子。
[0019] 所述步驟4)中的迭代公式如下：
[0022] 其中Xm (k+1)為第k+1個采樣點的m次諧波的余弦分量，Xnil (k+1)為第k+1個采 樣點的m次諧波的正弦分量。
[0023] 所述步驟5)中各次諧波的幅值等于各次諧波正弦和余弦分量的均方根值，即：
[0025] 其中An為第m次諧波的幅值，X "為第m次諧波的余弦分量，X ni為第m次諧波的正 弦分量。
[0026] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明首先通過頻率跟蹤單元對電量進行采樣，以保證采 樣點同步于被測電量的實際頻率，同時保證每周波的采樣點數(shù)大于等于諧波次數(shù)的2倍； 然后基于離散傅立葉原理，采用余弦、正弦系數(shù)和采樣點固定對應的概念，迭代計算出各個 采樣點的正余弦分量，從而計算出電量各次諧波的正弦和余弦分量，根據(jù)電量各次諧波的 正弦和余弦分量計算各次諧波的幅值，各次諧波的幅值等于各次諧波正弦和余弦分量的均 方根值，從而測定電量的幅值。在不減小計算精度的前提下，比常規(guī)傅立葉算法減少2N-2 個乘法運行，實現(xiàn)了對高精度需求的幅值的快速計算，適合于需要實時、高精度計算幅值的 場合。
【具體實施方式】
[0027] 本發(fā)明首先對電量值進行采樣；然后計算采樣電量各次諧波的正弦分量和余弦分 量；再根據(jù)所確定的正弦和余弦分量設置諧波的各采樣點對應的余弦和正弦系數(shù)，根據(jù)余 弦、正弦系數(shù)和采樣點固定對應的原理計算各個采樣點的余弦因子和正弦因子；并利用各 個采樣點的余弦因子和正弦因子計算相鄰采樣點正弦和余弦分量的迭代公式；最后利用 迭代公式，計算各次諧波各個采樣點總的正弦和余弦分量，根據(jù)各次諧波的正弦和余弦分 量計算各次諧波的幅值，從而實現(xiàn)對電量各次諧波幅值的測定。該方法的具體實現(xiàn)過程如 下：
[0028] 1.首先通過頻率跟蹤單元對電量進行采樣，以保證采樣點同步于被測電量的實際 頻率，同時保證每周波的采樣點數(shù)大于等于諧波次數(shù)的2倍。
[0029] 2.基于離散傅立葉原理，計算電量各次諧波的正弦和余弦分量，具體的計算公式 如下：
[0032] 其中m指的是m次諧波，N為每周期電量的采樣點數(shù)，x (k)為第k個采樣點的電量 值，Xnff為第m次諧波的余弦分量，X "為第m次諧波的正弦分量。將上式進行展開可得：
余弦、正弦系數(shù)和采樣點固定對應的概念，即第n個采樣點算出來的YC(n)，YS(n)因子是一 個固定的值。而在常規(guī)傅立葉算法中，采樣點對應的余弦和正弦系數(shù)是旋轉(zhuǎn)的，在每一次計 算中，第n點的YC(n)、YS(n)為非固定值。
[0038] 則可將正余弦分量的展開式化簡為：
[0041] 上式為在N階的傅立葉變換中，第N個采樣點對應的m次諧波的余弦分量和正弦 分量表達式，同理，第N+1個采樣點的表達式為：
[0047]用K來表示采樣系列中的任一個采樣點，對應第K個采樣點，其余弦分量和正弦分 量的計算公式分別為：
[0053] 4.利用第k個Xm，Xnil計算時已生成的（N-I)個YC(k)和YS(k)乘法因子計算第 (k+1)個點的 Xnir, Xnil值。
[0054] 第（k+1)個點的Xmr, Xm^算公式：
[0057] 計算第（k+1)個點的XJ直，可利用第k個點已經(jīng)計算完成的（k)到（k-N+2) 個YC，YS因子，只需進行YC(k+l)，YS(k+l)因子的運算，比傅立葉算法減少（2N-2)個乘法 運算。
[0058] 根據(jù)上述迭代運算，可計算出第m次諧波各個采樣點的正余弦分量，從而計算出 第m次諧波各個采樣點總的余弦分量和正弦分量，
[0059] 5.根據(jù)電量各次諧波的正弦和余弦分量計算各次諧波的幅值，各次諧波的幅值等 于各次諧波正弦和余弦分量的均方根值，即：
[0061 ] 其中An為第m次諧波的幅值，X "為第m次諧波的余弦分量，X ni為第m次諧波的正 弦分量。
[0062] 本發(fā)明采用改進的傅立葉計算幅值的方法，在不減小計算精度的前提下，比常規(guī) 傅立葉算法減少2N-2個乘法運行，實現(xiàn)了對高精度需求的幅值的快速計算，適合于需要實 時、高精度計算幅值的場合。采集計算單元可由具有頻率跟蹤采樣功能的專用控制保護裝 置或工控機來實現(xiàn)。
【主權(quán)項】
1. 一種電量幅值的測定方法，其特征在于，該測定方法包括以下步驟： 1) 對電量值進行采樣； 2) 基于離散傅立葉原理，計算采樣電量各次諧波的正弦分量和余弦分量； 3) 根據(jù)所確定的正弦和余弦分量設置諧波的各采樣點對應的余弦和正弦系數(shù)，根據(jù)余 弦、正弦系數(shù)和采樣點固定對應的原理計算各個采樣點的余弦因子和正弦因子； 4) 利用各個采樣點的余弦因子和正弦因子計算相鄰采樣點正弦和余弦分量的迭代公 式； 5) 利用迭代公式，計算各次諧波各個采樣點總的正弦和余弦分量，根據(jù)各次諧波的正 弦和余弦分量計算各次諧波的幅值，從而實現(xiàn)對電量各次諧波幅值的測定。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電量幅值的測定方法，其特征在于，所述步驟1)是通過頻率 跟蹤的方式進行采樣的，以保證采樣點同步于被測電量的實際頻率。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電量幅值的測定方法，其特征在于，所述步驟2)中各次諧波 的正弦分量和余弦分量分別為：其中m指的是m次諧波，N為每周期電量的采樣點數(shù)，X (k)為第k個采樣點的電量值， Xnff為第m次諧波的余弦分量，X ηι為第m次諧波的正弦分量。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電量幅值的測定方法，其特征在于，所述步驟3)中余弦因子 和正弦因子的計算公式如下：其中X GO為第k個采樣點的值，為對應的第m次諧波的k點對 應的余弦和正弦系數(shù)，YC(k)為第k個采樣點的余弦因子，YS(k)為第k個采樣點的正弦因 子。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電量幅值的測定方法，其特征在于，所述步驟4)中的迭代公 式如下：其中Xm(k+1)為第k+Ι個采樣點的m次諧波的余弦分量，Xjk+Ι)為第k+Ι個采樣點 的m次諧波的正弦分量。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電量幅值的測定方法，其特征在于，所述步驟5)中各次諧波 的幅值等于各次諧波正弦和余弦分量的均方根值，即：其中An為第m次諧波的幅值，X "為第m次諧波的余弦分量，X ηι為第m次諧波的正弦分 量。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電量幅值的測定方法，屬于電力系統(tǒng)控制保護技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首先通過頻率跟蹤單元對電量進行采樣，以保證采樣點同步于被測電量的實際頻率，同時保證每周波的采樣點數(shù)大于等于諧波次數(shù)的2倍。然后基于離散傅立葉原理，采用余弦、正弦系數(shù)和采樣點固定對應的概念，迭代計算出各個采樣點的正余弦分量，從而計算出電量各次諧波的正弦和余弦分量，根據(jù)電量各次諧波的正弦和余弦分量計算各次諧波的幅值，各次諧波的幅值等于各次諧波正弦和余弦分量的均方根值，從而測定電量的幅值。在不減小計算精度的前提下，比常規(guī)傅立葉算法減少2N-2個乘法運行，實現(xiàn)了對高精度需求的幅值的快速計算，適合于需要實時、高精度計算幅值的場合。
【IPC分類】G01R23/16
【公開號】CN105067882
【申請?zhí)枴緾N201510444318
【發(fā)明人】曾麗麗, 郭宏光, 王柏恒, 劉威鵬, 李躍鵬, 張健, 張文征
【申請人】許繼電氣股份有限公司, 許繼集團有限公司, 國家電網(wǎng)公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月24日