專利名稱：一種提取系統頻率波動信號的方法
技術領域：
本發明屬于電力系統信號處理領域，特別涉及一種提取系統頻率波動信號的方法。
背景技術：
在電網內樞紐變電站裝設具有阻尼振蕩功能的動態無功補償設備，利用其動作快速性，可以在系統發生振蕩時提供正阻尼，以加速振蕩的衰減。隨著電網結構的復雜化和規模化，裝設動態無功補償設備的變電站不一定處于系統的主通道上，而且電網的運行方式和潮流方向都是變化的，選擇哪種信號作為阻尼振蕩的特征輸入信號，直接決定了阻尼振蕩的效果。常用來作為阻尼振蕩的輸入信號包括系統頻率、線路電流、線路有功等。當電力系統為簡單的雙電源供電系統時，線路有功和線路電流都可以表征線路潮流的方向，此時線路潮流和兩端電源的功角保持同向；當電網構成環網時，非主通道的潮流方向不一定能表征主通道兩個系統間功角的關系，單純采用線路有功或線路電流作為阻尼振蕩輸入信號，可能導致無功設備在系統振蕩時提供負阻尼，危及電網的安全運行。另外，當采用有功或者電流作為阻尼輸入信號時，還需要設計特征振蕩頻率下的傳遞函數，該傳遞函數包含隔直環節和移相環節，阻尼輸入信號經過該傳遞函數后，產生超前/滯后的輸出信號，用于控制器的輸出。傳遞函數的設計需要全面考量不同振蕩模式下系統振蕩頻率的分布，對設計過程帶來不小的考驗。通過系統電壓計算到的頻率，在任何電網結構和運行方式下，都能真實地反應電網主通道系統間的功角關系，但是受信號處理方式的限制，其靈敏度相對很低。

發明內容
本發明的目的，在于提供一種提取系統頻率波動信號的方法，其可減少以電流/有功作為阻尼信號時復雜的傳遞函數設計環節，極大地提高采用頻率作為阻尼信號的靈敏性，提升復雜電網中動態無功補償設備的阻尼振蕩功能。為了達成上述目的，本發明的解決方案是:一種提取系統頻率波動信號的方法，包括如下步驟:(I)實時采樣計算正序電壓；(2)對步驟(I)得到的正序電壓進行低通濾波；(3)采用過零法，計算步驟(2)中濾波后正序電壓的頻率，得到帶有大量噪聲的頻率信號；(4)利用數字濾波器對步驟(3)得到的頻率信號進行處理，獲得平滑的頻率波動信號。上述步驟(I)的具體內容是，通過實時采集系統三相電壓，利用“ a-β變換”，計算得到正序電壓。上述步驟(2)的具體內容是，利用低通濾波器對步驟(I)得到的正序電壓進行濾波。上述步驟(3)的具體內容是，對步驟(2)得到的正序電壓，通過“頻率測量”環節，采用過零法，計算得到正序電壓的頻率，該頻率信號帶有大量的噪聲。上述步驟(4)的具體內容是，對步驟(3)得到的頻率信號，在“濾波”環節使用小波分解和小波重構，提取基波頻率±5Hz頻帶范圍內的信號，并濾除噪聲，得到平滑且帶有波動特征的頻率信號，該信號減去基波頻率，得到頻率波動信號。該信號可以直接作為阻尼控制器的輸入，并經過簡單的增益環節后輸出。該方法能夠檢測到微小的頻率波動，其阻尼振蕩控制器無需專門設計，結構簡單，在各種運行方式下都具有良好的魯棒性。采用上述方案后，本發明通過高速的采樣，實時計算系統的頻率，通過數字濾波器提取頻率的波動信號，該波動信號能完全表征系統功角的波動，可以直接用于阻尼系統振蕩。本發明與采用線路有功或線路電流作為阻尼振蕩輸入信號相比，無需專門設計阻尼振蕩傳遞函數，并且在各種運行方式和潮流方向下，都具有良好的適應性。本發明能確保動態無功補償設備為系統提供正阻尼，且運算量不大，便于程序實現。


圖1是本發明的流程圖；圖2是正向潮流時的頻率波動圖；圖3是反向潮流時的頻率波動圖。
具體實施例方式以下將結合附圖及具體實施例，對本發明的技術方案進行詳細說明。配合圖1所示，本發明提供一種提取系統頻率波動信號的方法，包括如下步驟:(1)α-β變換:通過實時采集系統三相電壓，利用“ α _β變換”，計算得到正序電壓；(2)低通濾波:利用低通濾波器對步驟(I)得到的正序電壓進行低通濾波；(3)頻率測量:對步驟(2)得到的正序電壓，通過“頻率測量”環節，采用過零法，計算得到正序電壓的頻率，該頻率信號帶有大量的噪聲；(4)濾波:利用數字濾波器，對步驟(3)得到的頻率信號，在“濾波”環節使用小波分解和小波重構，提取基波頻率±5Ηζ頻帶范圍內的信號，并濾除噪聲，得到平滑且帶有波動特征的頻率信號，該信號減去基波頻率，得到頻率波動信號。該信號可以直接作為阻尼控制器的輸入，并經過簡單的增益環節后輸出。該方法能夠檢測到微小的頻率波動，其阻尼振蕩控制器無需專門設計，結構簡單，在各種運行方式下都具有良好的魯棒性。如圖2所示，正向潮流時，在同一故障情況下，實線是本發明提取的頻率波動信號，虛線是采用線路電流經過阻尼振蕩環節后輸出的波動信號，可以看出，二者的波動趨勢一致，頻率信號的波動特性更優。如圖3所示，反向潮流時，在同一故障情況下，曲線特性同圖2，可以看出二者的波動趨勢相反，在這種工況下，如果直接采用電流信號做阻尼振蕩，結果會提供負阻尼，加劇系統的振蕩。而頻率信號在這種工況下能完全跟隨系統兩側主電源功角的變化，采用頻率波動信號做阻尼振蕩，為系統提供正阻尼，加快振蕩的平息。
以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護范圍之內。
權利要求
1.一種提取系統頻率波動信號的方法，其特征在于包括如下步驟: (1)實時采樣計算正序電壓； (2)對步驟(I)得到的正序電壓進行低通濾波； (3)采用過零法，計算步驟(2)中濾波后正序電壓的頻率，得到帶有大量噪聲的頻率信號; (4)利用數字濾波器對步驟(3)得到的頻率信號進行處理，獲得平滑的頻率波動信號。
2.如權利要求1所述的一種提取系統頻率波動信號的方法，其特征在于:所述步驟(I)的具體內容是，通過實時采集系統三相電壓，利用“α-β變換”，計算得到正序電壓。
3.如權利要求1所述的一種提取系統頻率波動信號的方法，其特征在于:所述步驟(2)的具體內容是，利用低通濾波器對步驟(I)得到的正序電壓進行濾波。
4.如權利要求1所述的一種提取系統頻率波動信號的方法，其特征在于:所述步驟(3)的具體內容是，對步驟(2)得到的正序電壓，采用過零法，計算得到正序電壓的頻率，該頻率信號帶有大量的噪聲。
5.如權利要求1所述的一種提取系統頻率波動信號的方法，其特征在于:所述步驟(4)的具體內容是，對步驟(3)得到的頻率信號，使用小波分解和小波重構，提取基波頻率±5Ηζ頻帶范圍內的信號，并濾除噪聲，得到平滑且帶有波動特征的頻率信號，該信號減去基波頻率，得到頻率波動信號。
全文摘要
本發明公開一種提取系統頻率波動信號的方法，步驟是實時采樣計算正序電壓；對正序電壓進行低通濾波；采用過零法，計算濾波后正序電壓的頻率，得到帶有大量噪聲的頻率信號；利用數字濾波器對前述得到的頻率信號進行處理，獲得平滑的頻率波動信號。此方法可減少以電流/有功作為阻尼信號時復雜的傳遞函數設計環節，極大地提高采用頻率作為阻尼信號的靈敏性，提升復雜電網中動態無功補償設備的阻尼振蕩功能。
文檔編號G01R23/02GK103197140SQ20131006106
公開日2013年7月10日 申請日期2013年2月27日 優先權日2013年2月27日
發明者李曉明, 孫強, 左爾璽, 朱岸明, 王中陽, 陳赤漢, 陳煒, 焦熠琨 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 陜西省電力公司規劃評審中心, 西北電網有限公司