一种数字化变电站电能质量谐波分析方法
【专利摘要】本发明涉及电力系统数字化变电站电能质量【技术领域】，提出一种数字化变电站电能质量谐波分析方法，包括：步骤1：接收数字化变电站合并单元MU发送的实时采样数据x[n]；步骤2：对接收的实时采样数据x[n]进行软件数字滤波，滤除高次谐波及扰动信号，从而测得系统频率；步骤3：获取所述数字化变电站采样率，并根据所获取的采样率，相应进行谐波、间谐波分析，得到分析结果；步骤4：根据步骤3的分析结果，进行电能质量的后续指标运算、界面显示和上送至电能质量分析主站。本发明方法满足各种采样率下谐波、间谐波的计算需求，且能大幅度减少计算量，满足实际工程应用需求。
【专利说明】一种数字化变电站电能质量谐波分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统数字化变电站电能质量【技术领域】，具体涉及一种基于数字化变电站的电能质量谐波分析方法。
【背景技术】
[0002]随着数字化变电站的发展，新型电子式互感器、智能断路器的实用化，以及DL/T860标准的实施，通信网络正逐渐取代变电站间隔层和过程层的并行电缆，并成为保护和控制系统的重要组成部分，合并单元MU以等间隔采样的方式把采集数据发送至电能质量监测装置，采样率一般为4Κ、8Κ、12.8Κ、51.2Κ等。但是由于电网频率是不断波动的，加上电能质量标准规定频率跟踪范围为±7.5Hz,在这么大的频率偏差范围内，每周波采样点并不是理想的80个点(4Κ采样率下)；而常规电能质量分析方法都是实时跟踪采样频率进行同步采样，即每周波采样点数是固定的，因此采用常规的电能质量谐波分析算法完全不适用于数字化变电站电能质量分析，简单的DFT运算会产生严重的频谱混叠、栅栏效应及频谱泄露等问题，这将使信号参数的分析(频率、幅值和相位)不准确，无法满足数字化变电站电能质量谐波分析要求。
[0003]针对这一问题，国内外专家做了各种研究，其中，申请号201310145750.3的发明申请提出了一种测量电力系统信号频率及谐波参数的方法，通过对采样数据加7项Rife-Vincent窗的FFT数据中真实频率点附近的2根最大谱线进行修正，从而得到谐波的频率，幅值和相位。但该发明存在以下不足之处:
[0004](I)计算量过大，不能满足工程实际需求。MU可能输出IOK的采样率供电能质量监测装置分析使用，即每周波200个点，而由于该发明采用双峰插值算法，每个谐波点需要计算3次DFT运算，若系统同时接入100个通道，每秒计算量为2000*1000*5*100*3 ^ 3G次浮点数乘法(2000表示10周波数据窗，每个数据窗2000个点，1000表示计算0_50次间谐波，即需要计算500次谐波实部、虚部，5表示I秒有5个数据窗，100表示100个通道)，这对现有CPU是无法承受的，而且随着数字化变电站电能质量需求的发展，MU输出高采样率给电能质量质量监测装置是必然趋势，按照目前传统电能质量的运行情况，MU今后可能输出51.2Κ采样率供电能质量分析使用，因此，该方法不能满足工程应用需求。
[0005](2)该发明并没有明确间谐波(小数次谐波)计算方法。随着电能质量监测技术的发展，间谐波越来越受到电力行业的重视，而该方法中只提及整数次谐波，并未提及间谐波的计算方法。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提出一种数字化变电站电能质量谐波分析方法，以满足各种采样率下谐波、间谐波的计算需求，且能大幅度减少计算量，满足实际工程应用需求。
[0007]本发明提供的一种数字化变电站电能质量谐波分析方法，包括:
[0008]步骤1:接收数字化变电站合并单元MU发送的实时采样数据x[n]；[0009]步骤2:对接收的实时采样数据X [η]进行软件数字滤波，滤除高次谐波及扰动信号，从而测得系统频率；
[0010]步骤3:获取所述数字化变电站采样率，并根据所获取的采样率，相应进行谐波、间谐波分析，得到分析结果；
[0011]步骤4:根据步骤3的分析结果，进行电能质量的后续指标运算、界面显示和上送至电能质量分析主站。
[0012]所述根据所获取的采样率，相应进行谐波、间谐波分析，包括:
[0013]当采样率大于等于IOK时，进行如下步骤:
[0014]步骤3.1.1:采样数据插值，将非同步采样转换成同步采样:把采样数据插值成临近的2的N次方次采样点；
[0015]步骤3.1.2:根据插值后的采样率，判断采样率是否过高，过高时进行抽样采样，如当采样率大于等于25.6Κ时，抽样成12.8Κ采样率数据，降低运算复杂度
[0016]步骤3.1.3:谐波计算:利用FFT算法计算整数次谐波的谐波值及谐波相角；
[0017]步骤3.1.4:间谐波计算:将数据窗重采样转变成多个FFT计算，将X [η]进行重采样，得到5个采样序列X [5η]、χ[5η+1]、χ[5η+2]、χ[5η+3]、χ[5η+4],并对所述5个采样序列进行FFT运算，得到间谐波的谐波值及谐波相角；
[0018]当采样率小于IOK时，进行如下步骤:
[0019]步骤3.2.1:根据步骤2测得的系统频率&，计算出每周波实际采样点数；
[0020]步骤3.2.2:假设所求通道幅值为Α，初相位为Θ，采样后设定为如下波形:
【权利要求】
1.一种数字化变电站电能质量谐波分析方法，其特征在于，所述方法包括: 步骤1:接收数字化变电站合并单元MU发送的实时采样数据x[n]； 步骤2:对接收的实时采样数据X [η]进行软件数字滤波，滤除高次谐波及扰动信号，从而测得系统频率； 步骤3:获取所述数字化变电站采样率，并根据所获取的采样率，相应进行谐波、间谐波分析，得到分析结果； 步骤4:根据步骤3的分析结果，进行电能质量的后续指标运算、界面显示和上送至电能质量分析主站。
2.根据权利要求1所述的一种数字化变电站电能质量谐波分析方法，其特征在于，所述根据所获取的采样率，相应进行谐波、间谐波分析，包括: 当采样率大于等于IOK时，进行如下步骤: 步骤3.1.1:采样数据插值，将非同步采样转换成同步采样:把采样数据插值成临近的2的N次方次采样点； 步骤3.1.2:根据插值后的采样率，判断采样率是否过高，过高时进行抽样采样，如当采样率大于等于25.6Κ时，抽样成12.8Κ采样率数据，降低运算复杂度； 步骤3.1.3:谐波计算:利用FFT算法计算整数次谐波的谐波值及谐波相角； 步骤3.1.4:间谐波计算:将数据窗重采样转变成多个FFT计算，将χ[η]进行重采样，得到5个采样序列X [5η]、χ[5η+1]、χ[5η+2]、χ[5η+3]、χ[5η+4]，并对所述5个采样序列进行FFT运算，得到间谐波的谐波值及谐波相角； 当采样率小于IOK时，进行如下步骤: 步骤3.2.1:根据步骤2测得的系统频率，计算出每周波实际采样点数； 步骤3.2.2:假设所求通道幅值为Α，初相位为Θ的单一频率信号X (t)，在经过了采样率为fs的模数变换后得到如下形式的离散信号:
【文档编号】G01R23/167GK103995181SQ201410201880
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】熊少华, 冯维纲, 黄勇, 郑君林, 陈伯芳 申请人:武汉中元华电科技股份有限公司