本发明专利技术涉及一种提取时变工频和次同步频率分量的方法及系统，属于电力系统动态监测技术领域。本发明专利技术包括以下内容：（1）构建量测模型；（2）状态向量初始化；（3）更新状态向量和误差协方差；（4）计算卡尔曼增益；（5）利用卡尔曼增益更新状态和误差协方差；（6）更新基波频率；（7）计算次同步分量。本发明专利技术方法能够适用于基波和次同步谐波具有时变特性的情况，可以准确地提取出次同步谐波，具有很好的有效性和实用性；同时，本发明专利技术在模拟测试信号以及存在次同步振荡现象的真实风电系统上得到了验证。
【技术实现步骤摘要】
提取时变工频和次同步频率分量的方法及系统
本专利技术属于电力系统动态监测
，具体涉及一种提取时变工频和次同步频率分量的方法及系统。
技术介绍
风电机组控制器和串补电网相互作用会引起次同步控制相互作用(subsynchronouscontrolinteraction,SSCI)，与传统火电机组和串补作用产生的次同步振荡不同，其振荡频率随系统运行状态变化而变化(如风机并网数量、风速大小、风机控制结构及参数、串补度等)，且变化范围较广，具有很强的不确定性。SSCI在风电系统中主要表现为次/超同步电流、电压和谐波功率的持续增长(发散)或等幅振荡，严重危及大型风电系统可靠运行。现有抑制次同步控制相互作用的方法往往需要从测量得到的信号中精确提取出次同步分量，但信号基波及次同步谐波频率具有时变特性，因此需要提出一种方法能够从监测数据中提取基波和次同步谐波频率的时变特性。现有提取次同步谐波频率的方法，比如线性卡尔曼滤波器，对频率固定的基波和谐波分量具有良好的作用，但不能用于具有时变特性的基波和次同步谐波的分析。其原因在于现有方法不能追踪具有时变特征的基波和次同步分量的频率。因此如何克服现有技术的不足是目前电力系统动态监测
亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术的不足，针对风电系统发生的次同步控制相互作用，提供一种提取时变工频和次同步频率分量的方法及系统，该方法能够适用于基波和次同步谐波具有时变特性的情况，可以准确地提取出次同步谐波，具有很好的有效性和实用性。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术第一方面提供提取时变工频和次同步频率分量的方法，包含有基波和次同步频率分量的监测信号表示为：z(k)＝X(k)+vss(k)；式中，z(k)为测量信号，vss(k)表示次同步分量；X(k)为基波分量，k为采样时间点，k≥1的整数；具体包括如下步骤：步骤(1)，首先构建量测模型：将基波分量X(k)表示为状态向量的形式，即：X(k)＝[x1(k),x2(k)]*；式中，x1为基波相量实部，x2为基波相量虚部；x1(k)＝x1(k-1)cos(2πf0(k-1)T)+x2(k-1)sin(2πf0(k-1)T)；x2(k)＝-x1(k-1)sin(2πf0(k-1)T)+x2(k-1)sin(2πf0(k-1)T)；式中，T表示采样周期，上标*表示矩阵转置；f0表示基波频率；基波分量X重新写为：X(k)＝FX(k-1)式中，F为转换矩阵，表示为：因此，量测模型表示为z(k)＝HX(k-1)+vss(k)；式中，H表示测量矩阵H＝[1,0]，是将估计量转化为量测量；步骤(2)，状态向量初始化：状态向量的初始值：误差协方差的初始值：P(0)＝10I2×2；基波频率的初始值：f0(0)＝50Hz；其中，I表示单位对角矩阵；步骤(3)，更新状态向量和误差协方差更新状态向量：更新误差协方差：P-(k)＝FP(k-1)F*+Q；式中，Q为噪声协方差矩阵，上标—表示在不利用该时刻的测量值的情况下计算状态向量和过程协方差矩阵；步骤(4)，计算卡尔曼增益：卡尔曼增益表示为：式中，R＝0.1；步骤(5)，计算状态向量和误差协方差：利用卡尔曼增益和测量值更新状态和误差协方差：状态向量计算：误差协方差计算：P(k)＝P-(k)+K(k)HP-(k)；其中，z(k)为测量信号；步骤(6)：更新基波频率：由步骤(5)中计算得到后，将其表示为复数形式，即因此，从相角变化能得到基波频率变化，其计算公式为：相角公式为：基波频率更新为：步骤(7)：计算次同步分量：根据步骤(6)中计算的可计算残差得到次同步谐波分量为：进一步，优选的是，噪声协方差矩阵Q为对角矩阵通过最大化密度函数得到：式中，函数f定义为次同步谐波vss(k-1)是上一时刻通过残差计算得到的数值；本专利技术第二方面提供提取时变工频和次同步频率分量的系统，包括：量测模型构建模块，用于将基波分量X(k)表示为状态向量的形式后，将基波分量重新写为X(k)＝FX(k-1)，从而得到量测模型z(k)＝HX(k-1)+vss(k)；其中，H＝[1,0]，vss(k)表示次同步分量，k为采样时间点；状态向量初始化模块，用于对状态向量、误差协方差、基波频率进行初始化；第一处理模块，用于更新状态向量和误差协方差；第二处理模块，用于计算卡尔曼增益；第三处理模块，用于计算状态向量和误差协方差；基波频率与次同步谐波分量提取模块，用于提取基波频率与次同步谐波分量并进行显示。本专利技术第三方面提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如上述提取时变工频和次同步频率分量的方法的步骤。本专利技术第四方面提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如上述提取时变工频和次同步频率分量的方法的步骤。本专利技术既可以适用于连续信号，同时也可以适用于离散信号；本专利技术方法具体实现过程中，可以参考卡尔曼滤波的硬件电路实现方式，依照本专利技术的方法加以改造。本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：1、本专利技术方法及系统适用于次同步振荡频率时变的情况，也可以适用于一般情况，适用范围广，并且能够准确提取出基波及次同步谐波频率时变特性；2、本专利技术方法及系统具有很好的实用性和有效性，已经在实际风电场中通过验证；3、本专利技术方法及系统使用自适应协方差矩阵，具有很强的追踪性能。附图说明图1为本专利技术的算法流程图；图2为某典型系统拓扑结构图；图3为次同步振荡现象时域波形和FFT结果；其中，(a)为电流信号时域曲线；(b)为；FFT结果图4为基波频率和次同步相量的估算结果；其中，(a)为基波频率变化曲线；(b)为次同步分量幅值；图5是本专利技术提取时变工频和次同步频率分量的系统的结构示意图；图6为本专利技术电子设备结构示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细描述。本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限定本专利技术的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。提取时变工频和次同步频率分量的方法，包括如下步骤：包含有基波和次同步频率分量的监测信号表示为：...
【技术保护点】
1.提取时变工频和次同步频率分量的方法，其特征在于，包含有基波和次同步频率分量的监测信号表示为：/nz(k)＝X(k)+v
【技术特征摘要】
1.提取时变工频和次同步频率分量的方法，其特征在于，包含有基波和次同步频率分量的监测信号表示为：
z(k)＝X(k)+vss(k)；
式中，z(k)为测量信号，vss(k)表示次同步分量；X(k)为基波分量，k为采样时间点，k≥1的整数；
具体包括如下步骤：
步骤(1)，首先构建量测模型：
将基波分量X(k)表示为状态向量的形式，即：
X(k)＝[x1(k),x2(k)]*；
式中，x1为基波相量实部，x2为基波相量虚部；
x1(k)＝x1(k-1)cos(2πf0(k-1)T)+x2(k-1)sin(2πf0(k-1)T)；
x2(k)＝-x1(k-1)sin(2πf0(k-1)T)+x2(k-1)sin(2πf0(k-1)T)；
式中，T表示采样周期，上标*表示矩阵转置；f0表示基波频率；
基波分量X重新写为：
X(k)＝FX(k-1)
式中，F为转换矩阵，表示为：
因此，量测模型表示为
z(k)＝HX(k-1)+vss(k)；
式中，H表示测量矩阵H＝[1,0]，是将估计量转化为量测量；
步骤(2)，状态向量初始化：
状态向量的初始值：
误差协方差的初始值：P(0)＝10I2×2；
基波频率的初始值：f0(0)＝50Hz；
其中，I表示单位对角矩阵；
步骤(3)，更新状态向量和误差协方差
更新状态向量：
更新误差协方差：P-(k)＝FP(k-1)F*+Q；
式中，Q为噪声协方差矩阵，上标—表示在不利用该时刻的测量值的情况下计算状态向量和过程协方差矩阵；
步骤(4)，计算卡尔曼增益：
卡尔曼增益表示为：
式中，R＝0.1；
步骤(5)，计算状态向量和误差协方差：
利用卡尔曼增益和测量值更新状态和误差协方差：
状态向量计算：
误差协方差计算：P(k)＝P-(k)...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴琛，谢小荣，马宁宁，黄伟，汪林光，程旻，张丹，刘旭斐，黄润，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：云南;53
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。