专利名称：一种提取系统频率波动信号的方法
技术领域：
本发明属于电力系统信号处理领域，特别涉及一种提取系统频率波动信号的方法。
背景技术：
在电网内枢纽变电站装设具有阻尼振荡功能的动态无功补偿设备，利用其动作快速性，可以在系统发生振荡时提供正阻尼，以加速振荡的衰减。随着电网结构的复杂化和规模化，装设动态无功补偿设备的变电站不一定处于系统的主通道上，而且电网的运行方式和潮流方向都是变化的，选择哪种信号作为阻尼振荡的特征输入信号，直接决定了阻尼振荡的效果。常用来作为阻尼振荡的输入信号包括系统频率、线路电流、线路有功等。当电力系统为简单的双电源供电系统时，线路有功和线路电流都可以表征线路潮流的方向，此时线路潮流和两端电源的功角保持同向；当电网构成环网时，非主通道的潮流方向不一定能表征主通道两个系统间功角的关系，单纯采用线路有功或线路电流作为阻尼振荡输入信号，可能导致无功设备在系统振荡时提供负阻尼，危及电网的安全运行。另外，当采用有功或者电流作为阻尼输入信号时，还需要设计特征振荡频率下的传递函数，该传递函数包含隔直环节和移相环节，阻尼输入信号经过该传递函数后，产生超前/滞后的输出信号，用于控制器的输出。传递函数的设计需要全面考量不同振荡模式下系统振荡频率的分布，对设计过程带来不小的考验。通过系统电压计算到的频率，在任何电网结构和运行方式下，都能真实地反应电网主通道系统间的功角关系，但是受信号处理方式的限制，其灵敏度相对很低。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种提取系统频率波动信号的方法，其可减少以电流/有功作为阻尼信号时复杂的传递函数设计环节，极大地提高采用频率作为阻尼信号的灵敏性，提升复杂电网中动态无功补偿设备的阻尼振荡功能。为了达成上述目的，本发明的解决方案是:一种提取系统频率波动信号的方法，包括如下步骤:(I)实时采样计算正序电压；(2)对步骤(I)得到的正序电压进行低通滤波；(3)采用过零法，计算步骤(2)中滤波后正序电压的频率，得到带有大量噪声的频率信号；(4)利用数字滤波器对步骤(3)得到的频率信号进行处理，获得平滑的频率波动信号。上述步骤(I)的具体内容是，通过实时采集系统三相电压，利用“ a-β变换”，计算得到正序电压。上述步骤(2)的具体内容是，利用低通滤波器对步骤(I)得到的正序电压进行滤波。上述步骤(3)的具体内容是，对步骤(2)得到的正序电压，通过“频率测量”环节，采用过零法，计算得到正序电压的频率，该频率信号带有大量的噪声。上述步骤(4)的具体内容是，对步骤(3)得到的频率信号，在“滤波”环节使用小波分解和小波重构，提取基波频率±5Hz频带范围内的信号，并滤除噪声，得到平滑且带有波动特征的频率信号，该信号减去基波频率，得到频率波动信号。该信号可以直接作为阻尼控制器的输入，并经过简单的增益环节后输出。该方法能够检测到微小的频率波动，其阻尼振荡控制器无需专门设计，结构简单，在各种运行方式下都具有良好的鲁棒性。采用上述方案后，本发明通过高速的采样，实时计算系统的频率，通过数字滤波器提取频率的波动信号，该波动信号能完全表征系统功角的波动，可以直接用于阻尼系统振荡。本发明与采用线路有功或线路电流作为阻尼振荡输入信号相比，无需专门设计阻尼振荡传递函数，并且在各种运行方式和潮流方向下，都具有良好的适应性。本发明能确保动态无功补偿设备为系统提供正阻尼，且运算量不大，便于程序实现。
图1是本发明的流程图；图2是正向潮流时的频率波动图；图3是反向潮流时的频率波动图。
具体实施例方式以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。配合图1所示，本发明提供一种提取系统频率波动信号的方法，包括如下步骤:(1)α-β变换:通过实时采集系统三相电压，利用“ α _β变换”，计算得到正序电压；(2)低通滤波:利用低通滤波器对步骤(I)得到的正序电压进行低通滤波；(3)频率测量:对步骤(2)得到的正序电压，通过“频率测量”环节，采用过零法，计算得到正序电压的频率，该频率信号带有大量的噪声；(4)滤波:利用数字滤波器，对步骤(3)得到的频率信号，在“滤波”环节使用小波分解和小波重构，提取基波频率±5Ηζ频带范围内的信号，并滤除噪声，得到平滑且带有波动特征的频率信号，该信号减去基波频率，得到频率波动信号。该信号可以直接作为阻尼控制器的输入，并经过简单的增益环节后输出。该方法能够检测到微小的频率波动，其阻尼振荡控制器无需专门设计，结构简单，在各种运行方式下都具有良好的鲁棒性。如图2所示，正向潮流时，在同一故障情况下，实线是本发明提取的频率波动信号，虚线是采用线路电流经过阻尼振荡环节后输出的波动信号，可以看出，二者的波动趋势一致，频率信号的波动特性更优。如图3所示，反向潮流时，在同一故障情况下，曲线特性同图2，可以看出二者的波动趋势相反，在这种工况下，如果直接采用电流信号做阻尼振荡，结果会提供负阻尼，加剧系统的振荡。而频率信号在这种工况下能完全跟随系统两侧主电源功角的变化，采用频率波动信号做阻尼振荡，为系统提供正阻尼，加快振荡的平息。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
权利要求
1.一种提取系统频率波动信号的方法，其特征在于包括如下步骤: (1)实时采样计算正序电压； (2)对步骤(I)得到的正序电压进行低通滤波； (3)采用过零法，计算步骤(2)中滤波后正序电压的频率，得到带有大量噪声的频率信号; (4)利用数字滤波器对步骤(3)得到的频率信号进行处理，获得平滑的频率波动信号。
2.如权利要求1所述的一种提取系统频率波动信号的方法，其特征在于:所述步骤(I)的具体内容是，通过实时采集系统三相电压，利用“α-β变换”，计算得到正序电压。
3.如权利要求1所述的一种提取系统频率波动信号的方法，其特征在于:所述步骤(2)的具体内容是，利用低通滤波器对步骤(I)得到的正序电压进行滤波。
4.如权利要求1所述的一种提取系统频率波动信号的方法，其特征在于:所述步骤(3)的具体内容是，对步骤(2)得到的正序电压，采用过零法，计算得到正序电压的频率，该频率信号带有大量的噪声。
5.如权利要求1所述的一种提取系统频率波动信号的方法，其特征在于:所述步骤(4)的具体内容是，对步骤(3)得到的频率信号，使用小波分解和小波重构，提取基波频率±5Ηζ频带范围内的信号，并滤除噪声，得到平滑且带有波动特征的频率信号，该信号减去基波频率，得到频率波动信号。
全文摘要
本发明公开一种提取系统频率波动信号的方法，步骤是实时采样计算正序电压；对正序电压进行低通滤波；采用过零法，计算滤波后正序电压的频率，得到带有大量噪声的频率信号；利用数字滤波器对前述得到的频率信号进行处理，获得平滑的频率波动信号。此方法可减少以电流/有功作为阻尼信号时复杂的传递函数设计环节，极大地提高采用频率作为阻尼信号的灵敏性，提升复杂电网中动态无功补偿设备的阻尼振荡功能。
文档编号G01R23/02GK103197140SQ20131006106
公开日2013年7月10日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者李晓明, 孙强, 左尔玺, 朱岸明, 王中阳, 陈赤汉, 陈炜, 焦熠琨 申请人:南京南瑞继保电气有限公司, 陕西省电力公司规划评审中心, 西北电网有限公司