电力系统频率测量综述

较为全面地综述了国内外在电力系统的频率概念及其测量技术方面的研究成果。以观测模型为依据,探讨了各种电力系统频率的异同;针对频率测量的目的,提出了测量的基本要求;以测频主算法的数值特征为线索对历史上各种测量算法进行了系统的分类与评述;讨论了测量的硬件实现及其测量试;最后对电力系统频率测量的发展趋势提出看法。     

一种电力系统测频方法--CZT算法

电力系统的频率测量关系到电力系统的安全运行和正常调节.通常的FFT变换方法测量频率,难以满足现场实时计算分析的要求.文中提出了采用基于FFT的CZT算法--线性调频Z变换,目的是解决电力系统的频率测量过程中所遇到的噪声、谐波和随机干扰对进行测量的电压信号造成污染以及外界扰动和操作等导致的信号相位跃变等问题.CZT算法的主要内容是对工频附近(50±5%Hz)的基波及其三次、五次谐波进行线性调频Z变换,沿不同的单位圆,或更一般的路径对Z变换取样,灵活地分析FFT和频谱.此方法适用于高采样频率的频率测频,计算中可以调整频率的分辨率,增加了FFT和频谱分析的灵活性.从文中仿真和实测结果来看,自适应CZT算法测量精度较高,能满足电网频率的测量要求.     

一种实用的电力系统频率实时测量方法

为解决非同步定频采样系统对电力系统频率测量时存在的运算复杂、实时性不好等问题,提出了一种实用的频率实时测量方法。该方法是基于周期过零点插值原理,通过对A/D采样的离散序列进行FIR带通数字滤波,然后对相邻的同方向过零点进行插值求取频率的估计值。针对电力系统待测信号中不含谐波、含有2-16次谐波以及含有随机噪声的不同情况,分别进行了仿真验证,最后与离散傅里叶变换(DFT)测频算法的结果进行了对比。结果表明该方法抗干扰性和测量精度都要优于DFT测频算法,而且该方法计算量少、实用性强、实时性好、测量精度高,能满足电力系统频率测量要求。     

基于自适应短时傅立叶变换的电频率跟踪测量算法

电频率快速、准确测量是电网及电气设备运行、控制、调节的基础.基于电气信号的异步采样数据,应用短时傅立叶变换（STFT）估计电气信号频率,选用矩形自卷积窗抑制谐波对测频的影响,并根据频率变化自适应调整时间窗宽度.算法实现简单、计算量小,测频范围大,在信号频率缓慢变化和快速变化时,均具有较好的测量精度和跟踪速度.仿真研究对测频算法在各种情况下的可行性和有效性进行了验证.     

基于改进Morletd1波变换的同步相量及功率测量新算法

为PMU装置提供精确的相量测量算法对于提高广域测量技术的可靠性具有重要意义。一些常用的相量测量方法较易受频率波动、谐波和间谐波的干扰,测量效果并不理想。提出一种基于改进Morletd、波变换的相量及功率测量新算法。改进Morlet小波变换的等效时频窗宽度能够灵活调整而不受窗函数中心频率的限制,因而可根据测量需要获取较好的频率分辨率和动态特性。MATLAB仿真结果表明,该方法具有较好的动态响应速度。能够准确、有效地测量电力系统基波电压、电流相量、以及所派生的电气量,不受系统频率波动的影响和改进Morlet小波频率窗口外信号分量（谐波、间谐波）的干扰,且无需同步采样。     

基于改进Morlet小波变换的同步相量及功率测量新算法

为PMU装置提供精确的相量测量算法对于提高广域测量技术的可靠性具有重要意义.一些常用的相量测量方法较易受频率波动、谐波和间谐波的干扰,测量效果并不理想.提出一种基于改进Morlet小波变换的相量及功率测量新算法.改进Morlet小波变换的等效时频窗宽度能够灵活调整而不受窗函数中心频率的限制,因而可根据测量需要获取较好的频率分辨率和动态特性.MATLAB仿真结果表明,该方法具有较好的动态响应速度,能够准确、有效地测量电力系统基波电压、电流相量、以及所派生的电气量,不受系统频率波动的影响和改进Morlet 小波频率窗口外信号分量(谐波、间谐波)的干扰,且无需同步采样.     

电力系统中基于微控制器的自适应数据采集

针对电力系统中频率变化而引起的数据采集及计算误差 ,分别提出了基于硬件测频和递推傅氏算法测频的自适应数据采集两套方案 ,并对递推傅氏测频算法进行了数值仿真 ,其结果表明基于该算法的自适应数据采集方案完全满足电力系统中安全自动装置的要求。两套方案各有特点 ,均可用来快速精确测量电力系统中的频率、电压、电流等信号     

电力系统中基于微控制器的自适应数据采集

针对电力系统中频率变化而引起的数据采集及计算误差,分别提出了基于硬件测频和递推傅氏算法测频的自适应数据采集两套方案,并对递推傅氏测频算法进行了数值仿真,其结果表明基于该算法的自适应数据采集方案完全满足电力系统中安全自动装置的要求.两套方案各有特点,均可用来快速精确测量电力系统中的频率、电压、电流等信号.     

一种基于傅立叶算法的高精度测频方法

针对传统软件测频方法存在的问题,提出了一种新的基于傅立叶算法的频率测量方法。首先仔细研究傅立叶修正系数测频法的误差情况,调整了修正系数的计算方法,提出傅立叶修正系数测频法的改进算法。然后根据信号频率偏移时傅立叶算法误差较大这一问题,提出根据信号近似频率进行插值,对插值后新序列进行傅立叶计算。为了提高含有谐波时的测频精度,对频率进行迭代计算,直至达到精度要求或迭代次数达到限值。最后对含谐波、不含谐波两种信号进行仿真计算,对比其频率计算误差。结果表明,该算法计算精度高,计算量小且实现了频率的高精度跟踪,可以满     

基于DFT的电力系统频率及谐波精确算法

频率是电力系统运行特性评估中最重要的参数之一。传统频率测量算法存在不同程度的误差,而它所带来的频谱泄露则影响谐波测量的精度。提出基于离散傅里叶变换（DFT）的改进测频算法,该算法利用相隔半个周波的3组信号数据求取2个修正系数,分别对相邻两个周波的相角进行修正,再通过其相角差求得实际频率。在此基础上,通过实时修正采样频率实现同步采样,从而精确进行谐波分析。4种不同情况的仿真实验结果表明算法具有较好的频率跟踪效果和谐波测量精度。     

基于改进加窗插值FFT的高精度谐波与间谐波检测算法

大量非线性元件的应用给电力系统带来了大量的整数次和非整数次谐波（称为间谐波）,传统的谐波检测方法——快速傅里叶变换（fast Fourier transform,FFT）算法基于同步采样的方式,不适用于非整数次谐波的检测分析。频谱泄漏现象是由于有限长信号的傅里叶变换与理想傅里叶变换的不同而产生的。为了消除频谱泄漏,提出了基于余弦窗的插值FFT算法,给出了K项余弦窗插值的参数估计通式,并对矩形窗和汉宁窗的插值算法通过实例进行了验证。结果表明,基于汉宁窗的插值算法在基波频率偏离额定值或者大量间谐波存在的情况下,都能在非同步采样下准确地检测出谐波和间谐波的频率、幅值和相角。同时该算法也和其他非同步采样方法进行对比,结果表明,该算法较文献中方法具有精度高、计算复杂度降低的优点。     

剔除奇异点的电网谐波分析方法研究

随着电力系统中非线性负荷的不断增加,电网中的谐波干扰也越来越复杂,需要对其进行监测和分析,进而提出具体的治理方案。该文介绍了一种基于小波变换和快速傅里叶变换相结合分析谐波信号的方法。用小波变换监测并剔除信号的奇异点,对由小波变换得到的低频信号用快速傅里叶变换进行频谱分析,并与传统的谐波分析方法进行仿真比较,取得了较满意的结果。     

基于加窗双峰谱线插值的高精度FFT谐波分析

傅里叶变换进行电力系统谐波分析时很难做到同步采样和整周期截断，由此造成的频谱泄漏将影响谐波分析的效果，通过加窗和插值可以改善谐波分析的准确度。讨论了加余弦窗与双峰谱线插值算法，利用多项式逼近的方法得到频率和幅值的修正公式，这些改进能够进一步降低泄漏和噪声干扰，提高谐波分析的准确性。仿真结果证实了算法的正确性与易实现性。     

动态相量估计算法特征分析及比较

电力系统的实际应用对相量估计算法的动态性能有很高要求。首先,分析了动态向量估计算法应具有基频附近频率响应幅值平坦的频域特征,和采样时间窗尽可能短的时域特征。其次,提出了一种带通滤波的四分之三周期最小二乘相量估计算法,这种算法符合上述时域和频域特征。第三,对提出算法的计算复杂度进行了定量计算,对提出的算法在各种类型的动态信号下的估计效果进行了仿真。与通用的离散傅里叶相量估计算法、估计效果较好的泰勒-傅里叶变换向量估计算法比较后说明,所提出的算法是一种能够在计算复杂度和相量动态效果间取得较好平衡的动态相量估计算法。     

基于Nuttall窗四谱线插值FFT的电力谐波分析

快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)在非同步采样和非整数周期截断时难以精确检测谐波各参数。加窗和插值算法可提高FFT的精确度。分析了Nuttall窗的频谱特性,提出了基于Nuttall窗四谱线插值FFT的电力谐波分析算法。该算法充分利用峰值谱线频点附近的四条谱线进行加权运算以提高谐波分析精度,运用多项式拟合推导出实用的插值修正公式。仿真结果验证了在非同步采样时,该算法检测谐波的精度更高,有效地抑制了频谱泄漏。     

风机齿轮箱振动信号的稀疏傅里叶变换分析

风电机组齿轮箱振动信号的在线频谱分析对信号处理算法的快速性要求很高,提出采用稀疏快速傅里叶变换（ＳＦＦＴ）算法进行风机齿轮箱的频谱分析。SFFT算法主要利用窗函数过滤信号,然后散列傅里叶系数,最后进行定位与估值运算,能快速地计算出信号频谱中k（信号的稀疏度）个拥有最大值的傅里叶系数。该算法结构简单,运行时间相对于信号长度n呈亚线性。通过对风电机组齿轮箱的实际振动信号分析,验证了SFFT算法较之FFT算法运行速度快,非常适合振动信号的在线频谱分析。     

信号参数变化时系统频率准确测量方法

提出一种基于快速傅里叶变换FFT(Fast Fourier Transfom)准确测量系统频率的算法,并考虑了被测量系统频率的电压信号有效值的波动对系统频率测量准确度的影响。电压在其额定值附近变化对系统频率测量准确度影响较小,而偏离额定值越大对系统频率测量准确度影响较大。只要被测系统频率的电压有效值在170～260V范围内变化,所提出的算法可以使系统频率测量的准确度高于0．1％。给出的实例计算及仿真结果证明了这种算法的实用性、准确性和快速性。     

A genetic based algorithm for measurement of power system disturbances

This paper introduces genetic algorithms (GA) as a powerful tool for monitoring and supervising power system disturbances generated due to dynamic performance of power systems. Monitoring power system disturbances involves monitoring fundamental voltage magnitude and its frequency as well as harmonic and sub-harmonic voltage magnitudes and their frequencies under different operating conditions for power quality evaluation purposes. The proposed method is based on genetic algorithms optimization technique. The method uses digital set of measurements for the voltage or current waveforms at power system bus to perform the estimation process digitally. The algorithm is tested using different simulated data to monitor power quality. Three different study cases are considered in this work. In the first part, the estimation of voltage flicker levels and its frequency is presented and discussed. In the second part, the frequency of a bus voltage signal that is contaminated with harmonics is estimated. The harmonic contents are also estimated in this case. In the third part, the analysis of a damped sub-harmonic signal is presented. Effects of number of samples, sampling frequency and the sample window size are studied. Effects of GA parameters and operators, such as population size, crossover, mutation probabilities and niching are also studied. Results are reported and discussed.