基于DFT的电力系统相量及功率测量新算法

随着全球定位系统(GPS)的全面民用化以及通信技术的发展，电力系统实时相量测量技术日益受到关注。传统的基于离散傅里叶变换(DFT)的频率跟踪算法对相角误差的考虑不全面，从而其频率、相角、幅值等计算结果也不够准确。文中对 DFT 在非同步采样情况下的误差产生机理进行了全面分析，给出了非同步采样情况下 DFT 相角计算结果的精确误差表达式，基于该相角误差公式，提出了一种新的基于 DFT 的电力系统相量测量算法。与传统算法相比，该算法具有精确度高、可以自适应地抑制谐波干扰、计算量不大等优点，并用算例验证了这些优点。此外，还给出了实用的利用传统 DFT 方法计算功率的误差估计公式。     

基于改进DFT的电力系统同步相量测量算法研究

离散傅里叶变换(DFT)在相同条件下,具有运算效率高、易于嵌入等优点,被广泛应用于电力系统同步相量测量中。但由于非同步采样及频域离散化问题的存在,DFT在进行相量测量时会出现频谱泄露和栅栏效应,使得计算结果产生误差。针对这一问题,推导了DFT在非同步采样情况的相角误差方程,利用相角差对信号频率进行跟踪测量,得到精度较高的频率值。据此,提出了基于改进DFT的同步相量测量方法,利用跟踪所得频率将DFT结果分为整数部分和分数部分,并通过等效替换对分数部分进行了修正。经仿真实验证明,该方法具备较高的抗干扰能力和测量精度,整体效果较传统算法有了很大的提升。在此基础上,利用TMS320F2812设计了一个同步相量测量装置(PMU)硬件系统,通过该系统实现了频率、幅值和相角的准确测量。     

基于DFT的高精度相量测量的新算法

在传统的离散傅里叶算法的基础上提出了一种新的相量测量算法.首先,对纯基波信号,该算法利用2个数据窗的DFT变换数据推导出了一个关于频率偏移的方程,解此方程后可以求出基波信号的频率、幅值及相位的精确解,在推导过程中无任何近似误差,有效减小计算量的同时提高了测量的精确性;接着,为了提高谐波情况下测量的精度,利用采样起点间隔半个信号周期的DFT变换数据进行谱泄漏抵消;然后用前面的方法进行相量测量,通过跟踪采样频率,进而再次测量;最后,分别对存在谐波和噪声的情况进行了仿真.结果表明,该算法在各种情况下具有测量精度高的优点.     

基于扩展卡尔曼滤波频率跟踪的DFT同步相量测量算法

当电力信号的频率发生偏移时,采用离散傅里叶变换(discrete Fourier transformation,DFT)进行同步相量测量难以做到同步采样,由此造成的栅栏效应严重影响了同步相量测量精度。为此提出一种改进的DFT同步相量测量算法。首先引入了基于扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)的频率跟踪算法,建立了基波频率测量的算法流程,并介绍了基于DFT的同步相量测量算法原理。在此基础上,将测量结果分为整数部分和分数部分,分析了因频率偏移导致的相量测量误差,对分数部分进行插值计算以提高同步相量测量精度。分别应用含谐波和噪声的稳定信号和幅值、相位、频率、谐波及噪声含量跳变的信号来校验算法的性能。仿真结果表明,EKF频率跟踪算法能快速对基波频率进行跟踪,所提出的同步相量测量算法能消除或减弱谐波、噪声以及频率偏移对同步测量的影响,提高了相量测量精度。     

基于DFT梯形积分修正法的谐波测量算法

非同步采样是造成频谱泄漏和影响谐波测量精度的重要因素。为提高非同步采样的测量精度,提出一种在固定采样频率条件下的谐波测量算法。该算法基于DFT的梯形积分原理,在系统频率发生偏移时将一个周期内的采样点数分为整数点和分数点,利用分数点的积分结果去修正谐波测量结果。为求取分数点对应的采样值,采用了线性插值算法。所提出的算法无需硬件频率跟踪电路,数据窗长度仅为一个周波,特别适合于保护、测控、故障录波等多功能一体化智能电子装置。仿真计算及实际装置运行均表明,当系统频率在45～55 Hz之间变化时,此修正算法均可以有     

基于DFT梯形积分修正法的谐波测量算法

非同步采样是造成频谱泄漏和影响谐波测量精度的重要因素.为提高非同步采样的测量精度,提出一种在固定采样频率条件下的谐波测量算法.该算法基于DFT的梯形积分原理,在系统频率发生偏移时将一个周期内的采样点数分为整数点和分数点,利用分数点的积分结果去修正谐波测量结果.为求取分数点对应的采样值,采用了线性插值算法.所提出的算法无需硬件频率跟踪电路,数据窗长度仅为一个周波,特别适合于保护、测控、故障录波等多功能一体化智能电子装置.仿真计算及实际装置运行均表明,当系统频率在45～55 Hz之间变化时,此修正算法均可以有效地提高基波和谐波的测量精度.     

基于DFT的电力系统相量及功率测量幅值算法的工程化改进方法

基于DFT的电力系统相量及功率测量新算法之幅值简化算法在频率偏离工频较大的时候所计算得出的幅值误差较大,对于一些电力系统微机装置而言,例如低频低压减载装置,需要在更大的频率范围内精确测量幅值。在幅值简化算法的基础上做了一点改进,使得在45．0-55．0Hz频率下计算得到幅值误差不超过-0．5％-0．5％,满足了工程应用要求。     

适用于同步相量测量的DFT算法研究

讨论了用于同步相量测量的离散傅氏变换DFT(Discrete Fourier Transform)算法。传统DFT算法计算量大,不适于采样率高且测量量多的场合。给出了一种递归傅氏变换算法,可减少计算量,并由此算法而推出一种频率测量方法,可以灵敏、准确地反映系统频率变化。将该算法用于所开发的同步相量测量装置中,实验结果表明该算法正确,且能满足精度要求。     

基于泰勒展开模型的同步相量估计新算法

经典的离散傅里叶变换(DFT)算法在静态条件下具有较好的相量估计性能,但在动态条件下其估计精度往往达不到实际应用要求。文中分析了DFT算法在动态条件下产生估计误差的原因,在此基础上利用一阶泰勒模型对DFT算法进行修正,设计了满足动态要求的同步相量估计新算法。该算法利用一阶泰勒展开式对动态电力信号进行建模,然后引入相邻数据窗之间的相量变化率来表征相量一阶导数,通过相量一阶导数修正DFT算法的估计结果;最后将得到的中心时刻相量估计值相移到报告时刻,从而实现准确的相量估计。仿真分析及对实际采样数据的分析表明,该算法在频率偏移、低频振荡等动态情况下均优于DFT算法,具有一定的应用潜力。     

提升PMU动态测量性能的若干方法

为了提高PMU装置在电力系统动态条件下的同步相量测量精度,研究了若干提升PMU装置动态测量性能的方法。采用IEEE C37.118标准中推荐的基于离散傅里叶变换(DFT)的同步相量计算模型,对基于DFT的相量测量算法进行了改进。分析了该改进方法在带外干扰、系统振荡、系统失步、短路或断线故障等动态条件下的特性。设计了等纹波滤波器对相量数据进行滤波处理,保证同步相量的测量精度,最后在PMU装置中实现并进行了测试验证。实验结果表明,通过上述方法的实施,PMU在动态条件下的测量精度得到了提高。     

低频采样下基于卡尔曼滤波的同步相量测量算法的研究

各种基于定间隔采样的传统相量测量算法在跟踪速度和测量精度上不能很好地统一,在低频采样情况(每周波4~8个采样点)下提出一种基于线性卡尔曼滤波技术的10状态卡尔曼滤波模型,用于实时跟踪电力系统的电压有效值、频率、频率变化率和初相角,为系统提供精确的参数。结合二元泰勒展开公式,推导出各个参数的计算公式,并依据信号模型选取合适的时间区间保证算法对突变信号的响应速度。从采样频率、数据窗持续时间和算法对突变信号的跟踪精度方面对算法进行了讨论,结果表明使用该算法可以在低频采样下获得较高的参数估计精度。     

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。     

一种基于修正相角差的傅氏测频算法

基于相角差的传统傅氏测频算法所采用的相角差无法正确反映真实相角差,导致计算结果存在原理误差。提出了一种基于修正相角差的傅氏测频算法。利用相角差作为中间量,通过修正因子对相角差进行修正,消除传统傅氏算法的原理误差。算法保留了傅氏算法不敏感于噪声和谐波的良好特性。同时,采用基于二次插值技术的采样序列迭代修正方法,克服传统测频算法速度与精度无法兼得的矛盾。仿真结果表明相比于传统傅氏算法,在相同的硬件环境下,该算法的运算速度及测量精度均有提高。     

高频采样下基于DFT的配电网相量测量算法研究

配电网规模的增大以及分布式能源的并网给配电网的运行工况带来了巨大的挑战,面向配网的相量测量技术逐渐成为研究热点。针对输电网中各种相量测量算法在精度、响应时间以及实时性上不能有效兼顾的问题,提出一种适用于配电网的相量测量算法。在定间隔高频采样条件下,该算法运用动态校正因子的思想对传统DFT算法进行校正,解决了传统算法在电力系统发生频偏或动态条件下测量精度骤降的缺点,保证算法在精度、响应时间以及实时性上同时满足配电网的量测要求。最后,基于该算法原理在Matlab/Simulink上搭建相量测量软件仿真平台,确保研究人员可以在仿真环境中就能验证配电网的相量测量算法甚至研究故障定位和状态估计等高级应用。     

适用于闭环控制的快速相量计算方法

近年来,大量电力电子设备在电力系统电源、电网与负荷侧广泛应用,导致电力系统跨区域、跨电压等级的系统性连锁故障逐渐增多,亟需精细化闭环控制。这要求同步相量测量装置(SynchrophasorMeasurementUnits,PMUs)在保证测量精度的同时,具有快速的响应速度。针对这一问题,提出了一种适用于闭环控制的快速相量测量方法。该方法分析了传统DFT算法在系统动态条件下的测量误差特性,揭示了时标位置对相量测量精度与上传延时的影响。为减少PMU上传延时,研究了将时标打在时间窗尾部时相量测量误差与动态相量模型参数的规律,提出了相量修正方法,在减少上传延时的同时兼顾了测量精度。仿真测试验证了所提方法的测量精度与上传延时远高于PMU标准对保护控制类PMU的要求,可用于复杂电力系统闭环控制应用。     

基于频域伸缩的改进DFT算法

离散傅里叶变换是对电力系统稳态信号进行频谱分析的最基本数学工具,也是国际电工委员会推荐用于谐波和间谐波测量的变换方法。该方法在分析窗口长度与实际信号周期不符时,各单独的谐波成分在频域会出现栅栏效应。文章提出一种基于频域伸缩的改进DFT算法,该方法将频域信号做了适当伸缩,能直接在离散谱线上得到幅值和相角,克服了栅栏效应,避免了插值运算,从而提高了效率。利用MATLAB分别仿真加窗和噪声对算法的影响,并和其他方法进行比较。仿真结果证明了基于频域伸缩的改进DFT算法的有效性,准确性和稳定性。     

DSP在电力系统实时相量测量的研究

实时相量测量一直以来都是电力系统实现动态监测、保护及控制的难点,利用GPS技术的时钟信号的定时精度小于1μs,为DSP芯片TMS320LF2406A的电力系统相量测量建立相同的参考基准,对相应的实验数据进行分析,其测量精度较高、准确性较好,为电力系统快速的在线动态监控提供了重要依据,具有较好的应用价值。