基于最优基带滤波的电网频率测量方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于电力装置技术领域，更为具体地讲，设及一种基于最优基带滤波的电 网频率测量方法和装置。
【背景技术】
[0002] 电网频率是反映电力装置运行状态的重要参数。很多针对电力装置的操作、控制 和保护都依赖于对电网频率的精确测量。世界上绝大部分国家的电网标准频率(基频）为 50Hz，少数北美国家电网频率为60化。但在实际运行过程中，受电磁暂态、谐波负载、高低频 电磁干扰、非线性设备等因素的影响，电网频率会随时间变化，在基频附近较小的范围内波 动。
[0003] 目前针对电网频率的测量方法主要有：电压过零点周期法、双正交滤波相位差分 法、比例积分法、Ξ点法等。李军等在专利《电力装置中正弦波信号的频率测量方法及装置》 中提出的电压过零点法，容易受测量设备及谐波干扰，测量误无法得到保证。路文喜等在专 利《改进双正交滤波器组的电网频率跟踪算法》中提出的基于双正交滤波器电网频率测量 改进算法，李军等在专利《电力装置频率测量方法及装置》中提出的基于比例积分的频率测 量方法，叶松等在专利《一种电力装置频率测量的方法》中提出的基于积分求频率的方法， W及其它一些基于相位差分和积分的方法，大多存在对采样信号幅值变化敏感、参照起点 选取困难等缺点。
[0004] 此外，还有一类基于Ξ点法的频率测量方法，利用正弦信号任意Ξ个连续采样点 之间的固定关系，计算正弦信号的角频率，从而得到电网频率。经过基带滤波的电网采样信 号可W理想化为正弦时变信号：λ'(Α) = .4sin(iyA： + ω);其中，A为信号幅值；ω为归一化的 角频率（即两个采样时刻间的角度差），其与瞬时频率成正比；口为初相角。利用Ξ角函数和 角公式可得：
[0005] S 化）=s 化-1 )cos ω +S 化-1 )sin ω
[0006] s化-2) =s化-1 )cos ω -s化-1 )sin ω
[0007] 故有；
[000引
[0009] 求上式的反Ξ角函数后得到当前时刻的归一化角频率ω，从而得到电网频率。上 述Ξ点法，计算简单，实时性好。但是实际应用中，电网采样信号中不可避免的含有测量噪 声和谐波分量，当Ξ点的幅值S化）、s化-1)和S化-2)较小时，S化)和S化-2)中含有的噪声和 谐波，在除W-个较小的分子S化-1)后，将被大幅放大，引入较大测量误差。极端情况下，当 S化-1) = 0时，甚至无法获得测量值。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于最优基带滤波的电网频率 测量方法和装置，通过构建正弦基带滤波器组，从中捜索最优的基带滤波器，使得滤波后的 电网采样信号始终具有较高的幅值，克服了 Ξ点法周期性的测量误差增大的问题，使计算 得到的电网频率更加准确。
[0011] 为实现上述发明目的，本发明基于最优基带滤波的电网频率测量方法包括W下步 骤：
[0012] S1:根据预设采样频率对电网信号进行采样，一旦采样数据达到N+2个，则记当前 采样时刻为k，根据当前时刻的采样数据S化)和之前的N+1个采样数据构建Ξ个连续时刻的 采样数据序列S化-i) = {s化-N+1-i)，···，s化-i-1)，s化-i)}，其中i = 0,1，2，N=fs/^，fs是 电网信号的采样频率，f ο是电网基频；
[001引S2:分别用Ν个基带滤波器化l，h2，…，hN}对采样数据序列S化)进行滤波，获得N个 滤波值sn化），n=l，2，…，N，其中序号为n的滤波器的表达式为：
[0014]
[0015] 从N个滤波值中挑选滤波值最大的滤波器作为最优基带滤波器hx;
[0016] S3:利用捜索得到的最优基带滤波器hx对Ξ个采样数据序列S化-i)进行滤波，获 得滤波值SX化-i);
[0017] S4:计算k时亥师采样点间的瞬时角度差ω (k):
[001 引
[0019] 然后计算k时刻电网信号的瞬时频率：
[0020]
[0021] S5:判断采样是否结束，如果是，则频率测量结束，否则进入步骤S6;
[0022] S6:采样下一数据，采用时刻k = k+l的采样数据和之前的N+1个采样数据构成Ξ个 连续时刻的采样数据序列S化-i) = {s化-N+1-i)，···，s化-i-1)，s化-i)};
[0023] S7:从N个基带滤波器选择M+1个基带滤波器W，其中η' =X+m-dXN，m = 0，l，…，Μ， 攻="X+?)/W」，L丄表示向下取整;采用运Μ+1个基带滤波器对当前时刻的采样数据 序列S化)进行滤波，获得Μ+1个滤波值Sn<化），从中挑选滤波值最大的滤波器作为最优基带 滤波器hx，返回步骤S3。
[0024] 本发明还提供基于最优基带滤波的电网频率测量装置，其特征在于，包括信号采 样模块、控制模块、选通模块、N个基带滤波器和频率计算模块，其中：
[0025] 信号采样模块根据预设采样频率对电网信号进行采样，当采样数据达到N+2个，开 始在每次采样结束后向控制模块发送采样完成信号，记当前采样时刻为k，根据当前时刻的 采样数据S化)和之前的N+1个采样数据构成Ξ个连续时刻的采样数据序列S化-i) = {s化-N + l-i)，…，s化-i-l)，s化-i)}，其中i = 0，l，2，N=fs/^fo，fs是电网信号的采样频率，fo是电 网基频;信号采样模块接收控制模块发送的采样数据序列的发送控制信号，向选通模块发 送对应的采样数据序列；
[0026] 控制模块每当接收到信号采样模块发送的采样完成信号，则判断当前是否存在最 优基带滤波器hx，X表示最优基带滤波器的序号，如果不存在则生成基带滤波器全选通的选 通控制信号，如果存在则生成选通M+1个基带滤波器W的选通控制信号，其中n/=X+m-dX N，m = 0，l，一，M，fii = L(X+w)/W」，L」表示向下取整，将选通控制信号发送给选通模块， 并向信号采样模块发送采样数据序列S化)的发送控制信号;控制模块接收基带滤波器输出 的滤波值，挑选滤波值最大的滤波器，将其作为新的最优基带滤波器hx，生成最优基带滤波 器选通的选通控制信号发送给选通模块，同时向信号采样模块发送Ξ个采样数据序列的发 送控制信号；
[0027] 选通模块接收信号采样模块发送的采样数据序列，根据控制模块2发送的选通控 制信号，将采样数据序列发送给被选通的基带滤波器；
[0028] N个基带滤波器中序号为η的基带滤波器的表达式为：
[0029]
[0030] 其中，η = 1，2，...，Ν;
[0031] 基带滤波器对接收到的采样数据序列进行滤波，如果一次只对单个采样数据序列 进行滤波，则将滤波值发送给控制模块，如果一次对Ξ个采样数据序列进行滤波，则将Ξ个 滤波值发送给频率计算模块；
[0032] 频率计算模块接收基带滤波器发送的Ξ个滤波值，计算得到当前电网信号的瞬时 频率，其计算方法为：
[0033] 记Ξ个采样数据序列S化-i)对应的滤波值为Sx化-i)，计算k时刻两采样点间的瞬 时角度差ω化）：
[0034]
[0035] 计算k时刻电网信号的瞬时频率：
[0036]
[0037] 本发明基于最优基带滤波的电网频率测量方法和装置，在首次获取Ξ个连续时刻 的采样数据序列后，采用N个基带滤波器对当前时刻的采样数据序列进行滤波，从N个滤波 值中挑选滤波值最大的滤波器作为最优基带滤波器;然后用最优基带滤波器对Ξ个连续时 刻的采样数据序列进行滤波，根据Ξ个滤波值计算得到当前电网信号的瞬时频率;对于之 后的采样数据序列，W最优基带滤波器及其之后Μ个基带滤波器作为备选基带滤波器，对当 前时刻采样序列进行滤波，从Μ+1个滤波值中挑选滤波值最大的滤波器作为最优基带滤波 器，用于滤波并计算瞬时频率。
[0038] 本发明具有W下有益效果：
[0039] 1)从不同相位的正弦基带滤波器中捜索最优基带滤波器，使其与当前电力采样信 号相匹配，确保在每一采样时刻均能获得较大的滤波值，从而在进行基于Ξ点法的瞬时频 率计算时，能获得较高的测量精度，克服了现有单一基