基于αβ变换的快速高精度频率测量方法

基于αβ变换,通过数学推导,提出了一种快速跟踪电网频率的方法.该方法将追踪分为初始频率获取过程和迭代追踪过程.由于用求导替代了αβ变换中的相位延迟,加快了追踪速度,初始频率获取过程能够在1/2～1周期内跟踪上信号频率.为了增强算法的抗干扰性,针对求导替换带来的阻尼波动误差,及反正切运算带来的相位突变,采取了相应的抑制措施.通过在MATLAB中对各种信号仿真表明了该方法简单,实时性好,能够以高精度快速跟踪上系统频率.     

基于频率校正的无锁相环αβ-dq变换电压暂降检测方法

常规的基于αβ-dq变换的电压暂降检测方法需要使用锁相环,但锁相环本身易受电压波动、电压畸变等因素影响,而且锁相环电路调试麻烦,而去掉锁相环后采用预置αβ-dq变换矩阵频率的方法获得的电压相位又会随着电网频率的偏移而随时间变化。针对此问题,提出了一种基于频率校正的无锁相环αβ-dq变换电压暂降检测方法。该方法在αβ-dq变换过程中通过相位的变化来获取当前电压的基波频率,使无锁相环αβ-dq变换在电网频率发生偏移的情况下也能对电压暂降参数特别是电压相位进行准确检测。最后利用Matlab/Simulink对所提方法在电压暂降检测中的应用进行了仿真,仿真结果验证了该方法的正确性和有效性。     

一种新型的断路器瞬动校验选相合闸方法研究

针对塑壳断路器瞬动校验试验中信号初始相位与频率的计算,首先对基于快速傅立叶变换(FFT)的周期信号初始相位的计算误差进行了分析,继而在希尔伯特(Hilbert)变换的基础上提出一种初始相位的计算方法,同时在该变换下对频率进行测量。在此基础上设计了选相合闸装置,对其软硬件设计方案进行了阐述。最终实际测试实验表明该方法实现了对信号频率、初始相位的精确测量,可以有效减小信号初始相位的计算误差。所设计的装置可精确完成瞬动校验的选相合闸操作。     

一种改进的电压暂降检测方法

电压暂降是最严重的电能质量问题之一,补偿电压暂降能够带来巨大的经济效益,而实现电压暂降特征量的快速、准确检测是电压暂降补偿的前提.本文对现有的电压暂降特征量检测方法进行了全面的研究后,提出一种改进的电压暂降检测方法.该方法利用求导来代替αβ变换方法中的相位延迟算法,不但克服了αβ变换方法中相位延迟算法所造成的短时扰动现象,提高了检测精度,而且还明显加快了检测速度,提高了算法的实时性,从而实现了电压暂降特征量的快速、准确检测.仿真结果证明了该方法的有效性,有望用于DVR补偿装置.     

基于求导法的dq变换结合形态学滤波的电压暂降检测方法

电压暂降是电力系统中频繁出现的严重电能质量问题,而传统的电压暂降检测方法在实时性和精确性上仍有不足,对此提出一种基于形态学滤波器和求导法αβ-dq变换的单相电压暂降快速检测方法。详细分析了基于求导的αβ-dq变换法检测原理,通过比较不同结构元素的形态滤波器的性能,选取合适的结构元素的形态滤波器滤除系统谐波和噪声,提高算法的精确性。使用软件仿真分析,并通过使用该方法分析实验室搭建的模拟电压暂降模型采集到的数据,进一步对该方法进行验证,结果表明该方法可以快速、准确地检测出电压暂降的幅值、持续时间和相位变化。     

汽轮机试验欠采样信号的处理方法研究

在汽轮机数字电液控制（DEH）系统试验的信号采集过程中,可能会碰到信号主要成分的频率过高,仪器无法满足奈奎斯特采样定律的情况。针对这一问题,通过希尔伯特变换构造解析信号的方法得到了信号的包络图,并根据包络信号对阀门的关闭时间进行了计算。考虑到基于信号包络线的计算方法计算精度受峰值点的时间间隔影响,为了提高计算精度,对欠采样信号进行了重构,通过快速傅里叶变换（FFT）对信号的主频率进行了分析,根据频域周期性延拓的性质确定了信号的主频率。在此基础上,根据信号初始值计算出了信号的初始相位,结合信号频率与初始相位对欠采样信号进行了重构。根据重构信号与实际信号差值,应用赤池信息（AIC）准则获取极值点的方法对阀门关闭时间进行了计算。比较2种方法的结果可知,通过信号重构的方法计算精度明显优于希尔波特变换求包络法,该研究结果可用于各类单频率成分的欠采样信号的重构,可以弥补DEH试验中硬件无法满足采样定理的不足。     

改进型混合PLL在矩阵整流器中的应用

分析了矩阵整流器的数字控制策略,针对电网三相不平衡时相位难以准确锁定的问题,基于两相静止α,β坐标系锁相环(PLL)技术,提出一种能够分离并跟踪两相静止α,β坐标系下网侧电压正序分量的改进型PLL算法,即延时信号消除αβ-PLL(DSC-αβ-PLL)。通过详细的理论分析和公式推导,结合仿真及实验对所提改进型PLL应用于矩阵整流器进行了验证。结果表明,该技术能够使矩阵整流器在三相不平衡故障下稳定、快速地跟踪并锁定电网的相位和频率信息,实现单位功率因数。     

基于求导和数字形态变换的电压暂降检测算法

针对目前检测电压暂降的算法存在的问题,提出了一种基于求导和数字形态变换的电压暂降检测方法,即利用求导来代替αβ-dq 变换法中的相位延迟并进行数字形态变换。仿真结果证明,所提方法能够高效实时准确地检测出电压暂降特征量,不仅能检测出相位跳变、减少系统延时,而且还具有很好的抗噪性,具有实际的应用意义。     

一种改进三角变换的频率检测新方法

在电网频率波动时,采用d-q变换法和Kalman滤波法难以准确检测出电压骤降特征值。为解决此难题,以Matlab7.6为实验平台进行了大量的仿真和数据分析,并通过原理推导,发现当电网实际频率与算法中变换矩阵的预置频率不一致时,信号的相位时间曲线不再是一条平行于时间轴的直线,而是呈一次函数关系的斜线,并且随着频率的偏差变化,一次函数曲线的斜率也会相应增大或减小。在此基础上首次推导出相位时间曲线斜率k1与频率偏差值f之间的数学关系式。将该方法与常规Kalman滤波法和d-q变换法相结合,能够对被测信号实时跟踪,当被测信号频率变化时,能快速准确检测信号频率波动变化时的幅值和相位。该方法在信号的量值检测中具有广阔的应用前景。     

基于DFT和DSC提取电压基频正序分量的方法

针对三相电网电压可能含有谐波和不对称分量的情况,通过离散傅里叶变换(DFT)算法提取其中基频信号的幅值和相位,重构出基频信号后,再通过延时信号消除算法(DSC)提取基频信号中的正序分量,最后通过同步参考轴锁相环(SRF-PLL)完成对基频正序信号的相位跟踪,同时该PLL还能给定基频正序分量(FFPS)的频率估计值,该频率的获取使得DFT和DSC具有频率自适应性,能准确提取相应信息。最后通过实验验证了这种信号提取方法的可靠性和正确性。     

新型双校正工频软件锁相环

提出了一种基于数字信号处理器的基波相位和频率校正检测方法,可用于电力系统中电压或电流基波分量同步信号的获取。输入信号经模/数(A/D)转换后通过频率校正环节可得到与输入信号基波分量相同角频率的信号,该信号再经初相校正环节后就可得到与输入信号基波分量同频率同初相的相位信号,从而实现对输入信号中基波分量的跟踪。该方法在一个采样周期内分别计算输入信号中基波分量的频率和相位及它们与标准信号的误差,而不需要闭环反馈,显著提高了跟踪速度,由于频率校正环节和相位校正环节的结构相同,又简化了编程。仿真和实验结果表明该检测方法不受谐波影响,跟踪精度较高,暂态响应时间小于20ms。     

CDSC在单相电网同步锁相技术中的应用

针对非理想电网环境下单相锁相环同步问题,文章提出一种基于级联信号延时消除(CDSC)的单相锁相环。研究中首先对仅有单相输入下的坐标变换结果进行分析,得出各种非理想电网状态下单相信号输入的同步旋转坐标变换的输出特性。结合带有频率反馈环路的级联信号延时消除法能够快速有效的抑制如直流分量、谐波、相位突变等非理想电网环境给同步参考坐标变换的输出带来不良影响,从而达到准确跟踪单相电网基波电压幅值、相位和频率自适应的目的。该方法无需构造单相电压信号的虚拟正交信号,算法简单且硬件上容易实现。仿真和实验结果验证所提锁相环在非理想电网环境下可以快速准确的跟踪输入电网电压信号的相位、频率和幅值,同时满足系统的稳定性。     

可改善并网逆变器系统稳定性的弱电网频率快速检测方法

现有的频率检测方法大多通过锁相环实现,但锁相环在弱电网背景下存在失稳隐患,致使弱电网频率无法准确检测。在电网同步相位开环检测方法的基础上提出了一种新的频率检测方法,可在有高频噪声干扰的背景下显著地提高频率检测的速度与精度。文中所提出方法首先利用开环相位检测技术实时准确获取电网同步相位,接着利用差频相位跟踪算法提取实时电网相位中的差频相位分量,最后通过对该差频相位信息进行闭环控制,即可快速准确地获得电网频率信息,实验结果表明:提出的频率检测方法能够快速准确地检测电网的实时频率,精度高且抗噪声干扰能力强。     

电网瞬时频率跟踪算法设计

在高压直流输电工程中,采用高精度锁相环跟踪电网相位,并在设定角度产生点火脉冲触发换流阀,瞬时电网频率跟踪速度和精度对锁相环至关重要,传统的频率测量方法无法同时满足速度和精度的要求。提出了一种电网瞬时频率跟踪算法。该算法将三相电压瞬时值进行Clarke变换,经有限冲激相应滤波器(FIR)滤除谐波和负序分量后,计算电网实时相位,采用相差法实现了对电网瞬时频率的跟踪。通过仿真和实验验证,该算法可准确、快速地跟踪各种电力信号的瞬时频率,有效地滤除谐波和噪声,电网瞬时频率的测量精度高达±0.005 Hz。     

基于三次相位变换的多项式相位信号参数估计

分析了多分量三阶多项式相位信号交叉项对三次相位变换参数估计方法带来的影响,提出了一种改进三次相位变换的多项式相位信号参数快速估计方法,利用Radon变换对三次相位变换结果进行优化,消除交叉项影响,并对利用该方法进行三阶多项式相位信号进行参数估计的关键问题做了研究。仿真结果表明,该方法在低信噪比条件下对多分量三阶多项式相位信号估计结果较为精确。     

多源相位控制自适应跟踪算法研究

为了改善频率源的相位噪声，本文提出一种频率和相位相同的独立源合成的方法。由于硬件的不一致性，独立源之间存在一定的相位差，所以合路频率源的相位噪声不接近理论值，甚至恶化。在本文中，从数学上证明了将频率和相位相同的多个频率源信号结合起来可以改善频率源的相位噪声的可行性，并利用MATLAB进行理论仿真；针对两个频率源相位的相位差或不同步问题，提出了一种自适应跟踪算法来实现两个频率源之间的相位同步，最后给出该算法理论仿真结果。从理论证明和仿真结果中分析，合成频率源信号的相位噪声得到提升，相比与初始频率源的幅度提升了3 dB;本文提出自适应跟踪算法可以控制两个初始频率源的相位差小于10°,达到预期效果。     

基于快速傅里叶变换和互相关的多频微弱信号重构法

针对强噪声背景下恢复多频微弱信号波形的难题,提出一种新颖的基于快速傅里叶变换(FFT)和互相关的多频微弱信号重构法。首先使用FFT获取被测微弱信号的频域信息,根据FFT变换数据计算出被测微弱信号的各个频率成分的频率估计值;根据获取的频率估计值于存储空间中生成正交参考序列,使用生成的正交参考序列和被测微弱信号进行互相关运算;进而使用获取的互相关计算值完成对微弱信号中各个频率分量的幅度和相位的估算,最终使用得到的频率、幅度及相位的估计值完成对微弱信号的重构。还给出了FFT变换的数据长度N同微弱信号信噪比之间的关系。方波作为一种典型的多频信号被用于验证该算法,仿真分析和硬件实测结果均表明该方法可以有效得从强噪声中重构并恢复多频微弱信号。     

一种基于导数的实时频率跟踪算法

频率是电力系统监控和保护中的重要参数,为对其进行快速准确的测量,提出了一种实时的频率跟踪算法。利用交流信号的正弦特性,通过二阶求导并进行线性化近似处理,进而事后误差补偿。算法在二阶导数初始计算时,运用Lagrange多项式进行曲线拟合。为减小多项式拟合和线性近似带来的误差,引入了误差补偿量和误差修正因子,提高了算法的计算精度。同时,分析了拟合多项式的误差余项,从而应用等比定理并在半周期长度的数据窗内进行平滑滤波,在兼顾实时性的基础上提高了算法的鲁棒性。Matlab平台上的仿真结果表明:该算法计算精度较高,对二次谐波有一定抑制作用,能较好地满足电力系统实时频率跟踪的要求。     

一种新的电压暂降检测方法

对电压暂降特征量的快速检测是动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,DVR)实现电压补偿的前提。介绍了几种典型的电压暂降检测方法,对广泛采用的αβ变换法进行了详细的分析,在此基础上提出了一种新的检测方法,该方法通过锁相、低通滤波器等环节可快速推导出基波电压的有效值及相位。较之于传统的αβ变换法,该方法的延时明显减少,因此可以提高DVR的动态性能。仿真结果证实了该方法的有效性。     

基于改进递归小波的电力系统频率测量

信号复小波变换的相位谱包含了信号变化的丰富信息,利用电压信号的复小波变换相位信息检测电力系统频率,具有不受电压信号畸变影响、抗噪声能力强、精度高等特点.通过电压信号在特定尺度的改进递归小波变换(IRWT)系数的相位变化周期,可得到电压信号的频率.对理想信号和畸变信号的仿真计算结果验证了该算法具有精度高、速度快、鲁棒性强等特点,市电电压的频率实测结果表明该方法可用于实际电力系统频率的测量.