【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信号与数据分析，尤其涉及一种用于城市变电站工频相量的测量方法。
技术介绍
1、当前，高比例可再生能源和高比例电力电子设备接入，除了在电力系统内产生大量谐波电流外，也产生大量的间谐波干扰，严重影响工频相量的测量。相量测量单元(pmu)是现代电力系统中估计同步相量的基本工具，由pmu得到的估计结果在ieee/iec 60255-118-1中建立。
2、近年来，在多扰动成分中准确测量城市变电站的工频相量的方法受到了广泛关注。这项工作提出了一种低响应时间且高精度的工频相量测量技术，并满足m类pmu的合规。
3、传统的工频相量测量方法可大致分为基于傅里叶变换和不基于傅里叶变换两类。基于傅里叶变换的方法，例如插值离散傅里叶变换(ipdft)和泰勒-傅里叶变换(tft)，上述两种方法可以在一定程度上得到工频相量的估计值，但应用在城市变电站的多扰动环境中时，上述方法并不能得到令人满意的结果。不基于傅里叶变换的方法，例如prony方法和卡尔曼滤波，通常对模型阶数有严格要求，且在多扰动情况下无法对工频相量动态跟踪。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种用于城市变电站工频相量的测量方法，基于线性贝塞尔插值，在考虑谐波、间谐波等多成分干扰情况下，通过迭代过程分析并能够按照m类pmu合规以12.5hz的频率分辨率测量工频相量。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种用于城市变电站工频相量的测量方法，能够按照m类pmu
4、s1、建立城市变电站供电系统中待分析成分的数学模型，并将待测信号成分输入到数学模型中；
5、s2、利用线性贝塞尔插值对工频相量参数进行拟合得到基频、幅值和相位；
6、s3、利用s2中的拟合结果，通过迭代过程补偿频谱负图像，降低负图像的频谱泄漏；
7、s4、构建能量阈值不等式，根据s3的结果，判断间谐波成分的能量与待测信号成分的比值是否满足阈值，若满足则直接输出结果；若不满足，则重复s2-s4直至满足阈值，最终测量得到工频向量。
8、优选的，s1中，所述数学模型为：
9、
10、式中，h＝1,2,...,h为谐波的最高阶次；ah、分别为谐波的幅值和相位；n为数据窗长度，并设置为偶数；n为离散采样点的序号。
11、优选的，s1中，通常，待测信号成分需要经过加窗来限制计算时间，且利用窗函数的主瓣和旁瓣的特性来限制频谱泄漏。利用窗函数对待测信号成分进行加窗，并经过离散傅里叶变换，得到待测信号成分在频域上的表示：
12、
13、式中，m＝[0,n-1]；w(n)为凯撒窗函数；w(n)为凯撒窗函数的离散傅里叶变换形式；x(n)为加窗信号。
14、优选的，s2包括以下步骤：
15、s21、建立校正系数ξ、相量参数(幅值和相位)与线性多项式之间的关系式；
16、s22、求解线性多项式得到校正系数ξ、幅值和相位；
17、s23、利用校正系数ξ，通过校正系数ξ与基频的关系式求解得到基频。
18、优选的，s21中，所述校正系数ξ、相量参数与线性多项式之间的关系式为：
19、
20、a1≈px(ξ)(|xw(m-σ)|+|xw(m)|+|xw(m+σ)|)|m＝mm；
21、
22、上述关系式中的“±”的选取和σ的取值根据幅值第二大的谱线位置决定，若第二大的谱线位置对应的索引序号为mm+1，取“+”、σ＝1；若索引序号为mm-1，取“-”、σ＝-1。
23、式中，pd、px和pp分别为计算基频、幅值和相位的线性多项式；mm为dft得到最大谱线对应的索引序号；mf为频率多项式阶数；pmf为多项式系数；σ为常数，取值-1或1；m＝[0,n-1]，n为数据窗长度，并设置为偶数；a1为工频相量对应的幅值；为工频相量对应的相位。
24、优选的，s22中，所述线性多项式需要依赖基频依赖性ffr、幅值依赖性af、相位依赖性pf和拟合因子ff拟合求解得到；
25、具体的，频率通过基频依赖性ffr和拟合因子ff进行mf阶多项式拟合得到多项式pd，通过求解多项式pd得到校正系数ξ；
26、工频相量对应的幅值a1通过幅值依赖性af和拟合因子ff进行ma阶多项式拟合得到多项式px，将校正系数ξ代入多项式px中得到工频相量对应的幅值a1的测量值；
27、工频相量对应的相位通过相位依赖性pf和拟合因子ff进行mp阶多项式拟合得到多项式pp，将校正系数ξ代入多项式pp中得到工频相量对应的相位的测量值。
28、其中，
29、
30、ff(n)＝w(n)·n/2π；
31、
32、pf(m)＝arg{w(m)}；
33、
34、式中，nbin为所需要的频段数；w(m)为凯撒窗的频谱；w(n)为凯撒窗；i0(β)为第一类贝塞尔函数；ma为幅值多项式阶数；mp为相位多项式阶数。
35、优选的，s23中，所述校正系数ξ与基频的关系式为：
36、f1＝(mm±ξ)δf；
37、关系式中的“±”的选取和σ的取值根据幅值第二大的谱线位置决定，若第二大的谱线位置对应的索引序号为mm+1，取“+”、σ＝1；若索引序号为mm-1，取“-”、σ＝-1；
38、式中，f1为基频；δf为频率分辨率，δf＝1/n。
39、优选的，s3包括以下步骤：
40、s31、将信号基频的离散傅里叶变换(dft)可基于频谱的正、负图像表示：
41、
42、s32、通过迭代对频谱负图像进行补偿：
43、
44、式中，为频谱正图像；为频谱负图像；j为迭代次数，j＝1,2,...,j；pid为校正系数ξ、工频相量对应的幅值a1、工频相量对应的相位计算过程的简化表达。
45、优选的，s4中，通过迭代过程使得结果能够满足能量阈值不等式。直到满足阈值，迭代过程结束，返回工频相量的计算结果。所述能量阈值不等式为：
46、
47、其中，
48、在消除负图像的干扰后，经过l次迭代降低待测成分中间谐波对工频相量测量结果的干扰。迭代初始值为：
49、
50、式中，为间谐波成分；为阈值；j为频谱负图像补偿的最大迭代次数。
51、与现有技术相比较，本专利技术具有如下有益效果：
52、本专利技术针对城市变电站的多扰动场景，旨在准确测量城市变电站工频相量参数。本专利技术构造了一种基于第一类贝塞尔函数的线性贝塞尔插值方法，所提出的插值方法可用于城市变电站多扰动场景下的工频相量测量。相较于现有技术，本专利技术的主要计本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于城市变电站工频相量的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于城市变电站工频相量的测量方法，其特征在于，S1中，所述数学模型为：
3.根据权利要求2所述的一种用于城市变电站工频相量的测量方法，其特征在于，S1中，利用窗函数对待测信号成分进行加窗，并经过离散傅里叶变换，得到待测成分在频域上的表示：
4.根据权利要求1所述的一种用于城市变电站工频相量的测量方法，其特征在于，S2包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种用于城市变电站工频相量的测量方法，其特征在于，S21中，所述校正系数ξ、相量参数与线性多项式之间的关系式为：
6.根据权利要求4所述的一种用于城市变电站工频相量的测量方法，其特征在于，S22中，所述线性多项式需要依赖基频依赖性Ffr、幅值依赖性Af、相位依赖性Pf和拟合因子Ff拟合求解得到；
7.根据权利要求4所述的一种用于城市变电站工频相量的测量方法，其特征在于，S23中，所述校正系数ξ与基频的关系式为：
8.根据权利要求1所述的一种用于城市变
9.根据权利要求1所述的一种用于城市变电站工频相量的测量方法，其特征在于，S4中，所述能量阈值不等式为：
...【技术特征摘要】
1.一种用于城市变电站工频相量的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于城市变电站工频相量的测量方法，其特征在于，s1中，所述数学模型为：
3.根据权利要求2所述的一种用于城市变电站工频相量的测量方法，其特征在于，s1中，利用窗函数对待测信号成分进行加窗，并经过离散傅里叶变换，得到待测成分在频域上的表示：
4.根据权利要求1所述的一种用于城市变电站工频相量的测量方法，其特征在于，s2包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种用于城市变电站工频相量的测量方法，其特征在于，s21中，所述校正系数ξ、相量...
【专利技术属性】
技术研发人员：马晓阳，吴永心，刘子菁，袁泽惠，初震宇，桂泽森，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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