一种高精度的电力系统相量测量方法

在传统的离散傅里叶算法的基础上提出了一种新的相量测量算法,首先,对纯基波信号,该算法利用2个数据窗的DFT变换数据推导出了一个关于频率偏移的方程,解此方程后可以求出基波信号的频率、幅值及相位的精确解,在推导过程中无任何近似误差,有效减小计算量的同时提高了测量的精确性.接着,为了提高谐波情况下测量的精度,利用迭代法对原采样序列进行修正,然后在最终的修正序列上用前面的算法进行相量测量.最后,分别对存在谐波和噪声的情况进行了仿真,结果表明,该算法在各种情况下具有测量精度高的优点.     

一种高精度的电力系统相量测量方法

在传统的离散傅里叶算法的基础上提出了一种新的相量测量算法,首先,对纯基波信号,该算法利用2个数据窗的DFT变换数据推导出了一个关于频率偏移的方程,解此方程后可以求出基波信号的频率、幅值及相位的精确解,在推导过程中无任何近似误差,有效减小计算量的同时提高了测量的精确性。接着,为了提高谐波情况下测量的精度,利用迭代法对原采样序列进行修正,然后在最终的修正序列上用前面的算法进行相量测量。最后,分别对存在谐波和噪声的情况进行了仿真,结果表明,该算法在各种情况下具有测量精度高的优点。     

基于扩展卡尔曼滤波频率跟踪的DFT同步相量测量算法

当电力信号的频率发生偏移时,采用离散傅里叶变换(discrete Fourier transformation,DFT)进行同步相量测量难以做到同步采样,由此造成的栅栏效应严重影响了同步相量测量精度。为此提出一种改进的DFT同步相量测量算法。首先引入了基于扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)的频率跟踪算法,建立了基波频率测量的算法流程,并介绍了基于DFT的同步相量测量算法原理。在此基础上,将测量结果分为整数部分和分数部分,分析了因频率偏移导致的相量测量误差,对分数部分进行插值计算以提高同步相量测量精度。分别应用含谐波和噪声的稳定信号和幅值、相位、频率、谐波及噪声含量跳变的信号来校验算法的性能。仿真结果表明,EKF频率跟踪算法能快速对基波频率进行跟踪,所提出的同步相量测量算法能消除或减弱谐波、噪声以及频率偏移对同步测量的影响,提高了相量测量精度。     

计及频率偏移的动态谐波相量测量算法

考虑信号的动态特性,建立基于泰勒级数的谐波相量模型;考虑频率偏移对泰勒估计精度的影响,提出计及频率偏移的动态谐波相量测量算法。算法首先通过动态相量测量来准确获取基波相量的频率信息,再根据基波频率偏移量计算得到各次谐波的频率偏移量,最后据此查表获得各次谐波的系数修正矩阵,并修正离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)的初始估计值来获得谐波相量的精确估计。通过理想信号及实测数据来检验算法的性能,仿真结果表明,相较于传统傅里叶算法,在增加有限计算量的前提下,本算法能在频率偏移、线性变化及低频振荡等动态情况下获得更准确的谐波相量估计。而相对于传统的加窗插值算法,因其算法复杂度大为降低,因而其更容易在实时系统中实施。     

基于高精度测频的修正DFT相量及功率测量算法

为了提高频率偏移时电力系统相量及功率测量精度,提出了一种基于改进扩展卡尔曼滤波(IEKF)频率测量的修正离散傅里叶变换(DFT)相量及功率测量算法。分析了频率发生偏移时非同步采样下DFT的测量误差,建立了相角、幅值与频率偏移量和初相角之间的函数关系式。由IEKF得到频率偏移量,然后对DFT计算结果进行修正即可得到输入信号的真实相量和功率。仿真结果表明:该算法相比较于传统自适应DFT算法能有效消除或减弱谐波、噪声以及频率偏移对相量同步测量的影响,提高了相量及功率测量精度。     

基于泰勒级数和离散傅里叶变换的综合自适应相量算法

针对传统相量算法在动态过程中难以同时满足精度和速度要求的问题,提出一种基于泰勒级数和离散傅里叶变换(DFT)的综合自适应相量算法。该算法对稳态和动态情况,分别设计了时域算法和频域算法两种计算模式,并通过反推校验实现二者间的自适应切换。具体地,时域算法利用两相邻数据窗进行DFT分析,并根据特定精度要求进行简化,以此计算频率和相量;频域算法对电力信号模型进行泰勒级数展开,并通过一个数据窗的基波和各谐波含量计算相量、频率和频率变化率。仿真分析和实验测试结果均表明,在稳态和动态情况下所述算法的量测精度和响应性能均优于传统算法及相应的商用同步相量测量装置,满足实际应用要求。     

同步相量测量的若干关键问题

首先,阐述了非额定频率下相量的定义以及数据再同步对相量时标的要求。然后,结合数据再同步的需求分析了频率自适应采样方法在高密度的相量同步情况下的局限性;推导出一种在定间隔采样基础上能够有效消除非额定频率下离散傅里叶变换(DFT)算法产生的频率泄漏影响的相量校正算法。提出一种测试绝对相角测量精度的试验方法,并按照该方法验证了采用所提出的相量校正算法的相量测量单元(PMU)的相角测量精度。最后,通过仿真分析了基于DFT的相量算法的动态特性及其在暂态稳定控制中的适用范围。     

一种基于傅氏算法的高精度测频方法

该文仔细研究了正弦信号经傅氏算法变换后的结果，发现随着数据窗的推移，傅氏算法得到的相量实部和虚部满足一个恒等式，由此得到一种新的测频方法。为了提高谐波情况下测频的精度，以前一次频率测量值为基础进行迭代，在对采样数据插值的基础上，使得迭代很快的收敛，仅需23ms左右的时间，即可准确求出基波频率。分别对原始信号为纯基波、存在谐波和噪声等情况进行了仿真，结果表明，算法在各种情况下都具有很高的计算精度。     

基于改进DFT的电力系统同步相量测量算法研究

离散傅里叶变换(DFT)在相同条件下,具有运算效率高、易于嵌入等优点,被广泛应用于电力系统同步相量测量中。但由于非同步采样及频域离散化问题的存在,DFT在进行相量测量时会出现频谱泄露和栅栏效应,使得计算结果产生误差。针对这一问题,推导了DFT在非同步采样情况的相角误差方程,利用相角差对信号频率进行跟踪测量,得到精度较高的频率值。据此,提出了基于改进DFT的同步相量测量方法,利用跟踪所得频率将DFT结果分为整数部分和分数部分,并通过等效替换对分数部分进行了修正。经仿真实验证明,该方法具备较高的抗干扰能力和测量精度,整体效果较传统算法有了很大的提升。在此基础上,利用TMS320F2812设计了一个同步相量测量装置(PMU)硬件系统,通过该系统实现了频率、幅值和相角的准确测量。     

基于改进Morlet小波变换的同步相量及功率测量新算法

为PMU装置提供精确的相量测量算法对于提高广域测量技术的可靠性具有重要意义.一些常用的相量测量方法较易受频率波动、谐波和间谐波的干扰,测量效果并不理想.提出一种基于改进Morlet小波变换的相量及功率测量新算法.改进Morlet小波变换的等效时频窗宽度能够灵活调整而不受窗函数中心频率的限制,因而可根据测量需要获取较好的频率分辨率和动态特性.MATLAB仿真结果表明,该方法具有较好的动态响应速度,能够准确、有效地测量电力系统基波电压、电流相量、以及所派生的电气量,不受系统频率波动的影响和改进Morlet 小波频率窗口外信号分量(谐波、间谐波)的干扰,且无需同步采样.     

Fourier Transform-Based Modified Phasor Estimation Method Immune to the Effect of the DC Offsets

This paper proposes a Fourier transform-based modified phasor estimation method to eliminate the adverse influence of the exponentially decaying dc offsets when discrete Fourier transform (DFT) is used to calculate the phasor of the fundamental frequency component in a relaying signal. By subtracting the result of odd-sample-set DFT from the result of even-sample-set DFT, the information of dc offsets can be obtained. Two dc offsets in a secondary relaying signal are treated as one dc offset which is piecewise approximated in one cycle data window. The effect of the dc offsets can be eliminated by the approximated dc offset. The performance of the proposed algorithm is evaluated by using computer-simulated signals and Electromagnetic Transients Program-generated signals. The algorithm is also tested on a hardware board with TMS320C32 microprocessor. The evaluation results indicate that the proposed algorithm can estimate the accurate phasor of the fundamental frequency component regardless of not only the primary decaying dc offset but also the secondary decaying dc offset caused by CT circuit itself including its burden.      

A Precise and Adaptive Algorithm for Interharmonics Measurement Based on Iterative DFT

A precise and adaptive algorithm for interharmonics detection based on iterative discrete Fourier transform (DFT) is proposed. First, an objective function is defined as the squared error between the transform of the signal in rectangular window based on kernel function, and the Fourier transform of the signal in infinite time domain. Then, the kernel function is obtained by solving the differential equation which minimizes the objective function. On this basis, the transform of the signal in rectangular window based on kernel function is obtained. Moreover, practical formulas to calculate the parameters of harmonics and interharmonics in electric power systems are presented. The proposed method has three distinguished features, first, it is able to measure interharmonics in time because the sampling time is only six periods of fundamental wave, second, it is not affected by asynchronous sampling, and third, it is only slightly affected by white noise. In addition, the frequency resolution can be adjusted adaptively by changing the number of frequency points. Some simulation examples are given to demonstrate the precision, effectiveness, feasibility, and robustness of iterative DFT algorithm.     

基于基相量循环移位的基波相位和频率高精度快速检测方法

基于基相量循环移位性质,指出采样序列由DFT新算法得到的基波幅角就是信号基波初相角,从而较简捷地获得了所要检测的含谐波电参量的基波分量的初相角,提高了基波相位的跟踪能力.基于等角度间隔采样原理,提出以前述所获得的基波初相角为反馈,构成相位跟踪闭环控制,以自适应调整采样间隔,实现了对被测信号频率的自动跟踪,并达到了减少频谱泄漏,提高基波检测精度的目的.DFT新算法具有递推特性,减少了计算量,实时性较好.上述结果用于有源电力滤波器中,可以精确检测出谐波及无功电流.仿真结果表明,所提出方法的正确性和有效性.     

多通道动平衡测试系统算法

针对大型旋转机械动平衡,利用离散傅里叶变换和正交相关法,提出了提取振动信号特征量的数据处理算法,可以从通频振动信号中提取出基频信号的幅值和相位;利用数值计算的算法,实现通频信号真有效值的测量;开发了以数字信号处理器（DSP）为核心的八通道数据采集电路,并利用复杂可编程逻辑器件（CPLD）和锁相倍频技术,设计了准确的数据采集触发逻辑电路。实验表明,所提出的算法简捷,易于实现,所设计的测试系统可实现不平衡量的精确测量和准确定位,检验了算法的有效性。     

理想序列的采样逼近及高精度谐波分析

信号的谐波分析一直是信号处理的基本方法之一.本文从傅立叶算法的基本原理出发,提出了傅立叶分析的序列的采样逼近思想;从理论上分析和论证了在单一采样条件下,较大的采样时钟及较多的样点时,累积时偏和频谱泄漏较大;而利用双速率采样的非均匀序列高精度逼近理想序列时,虽然数据具有非均匀性,但也大大减小了频谱泄漏,简单有效地提高了谐波分析的精度.计算机仿真证实了该方法的有效性.     

用于谐波和间谐波检测的频谱分解法

在使用离散傅里叶变换进行电力系统谐波/间谐波分析时,若所分析信号中两频率成分过于密集,就会产生主瓣干扰。本文分析了传统方法在两频率成分发生主瓣干扰时失效的原因,在10个周波采样长度下,提出一种用于抑制主瓣干扰的改进傅里叶算法:根据频域谱线的相位特性,将两个密集频率成分的傅里叶变换结果拆分成两组谱线,分别对这个两组谱线进行频率、幅值以及相位的校正。计算机仿真算例和实测分析表明,该方法计算简单,能在抑制旁瓣干扰的同时,有效拆分出信号中频率差小于频率分辨率的谐波与间谐波成分,或两个间谐波成分,满足工程精度要求。     

含分数次谐波环境下提取整数次谐波信息的新方法

提出了一种在含有分数次谐波环境下,以一定的规律逐渐降低的频率序列依次作为基频,利用傅里叶级数展开电力系统中实际的电压、电流信号,再通过迭代算法从中提取出工频量及其整数次谐波分量信息的新方法。该方法回避了现有的加窗DFT算法中选取窗函数困难的问题。新方法的原理进行了详细的数学推导和说明,并给出程序框图。为了验证方法的正确性,利用程序对一实际信号进行了分析。实例结果表明,与传统的FFT算法比较,新方法在富含间谐波和次谐波环境下依然能够提出基波和整数次谐波的幅值和相角,且精度满足工程需求。同时,该方法还具有实现简单等优点,易于在工程实际中应用。     

Robust and frequency-adaptive measurement of peak value

A new approach for measuring the peak value of the fundamental component of a distorted sinusoidal signal for power system applications is presented. The method is applicable to single-phase as well as three-phase systems. While maintaining structural simplicity, the proposed approach is highly robust with respect to noise and distortion due to disturbances and unbalanced conditions of the system. The method is also highly tolerant of uncertainties in the setting of its internal parameters. The salient feature of the proposed approach is its capability of adapting to the variations in the center frequency of the input signal. The method is suitable for environments that frequency excursions are experienced and conventional discrete Fourier transform (DFT)-based methods do not provide satisfactory results. Speed and accuracy of the response can also be controlled. Structural simplicity and robustness of the proposed scheme make it well suited for digital implementation on software and hardware platforms. Performance of the proposed method is presented based on simulation studies in the MATLAB environment and an experimental setup.     

Removal of DC offset in current and voltage signals using a novelFourier filter algorithm

Protecting transmission lines frequently involves adopting distance relays. Protective relays must filter their inputs to reject unwanted quantities and retain signal quantities of interest. Accuracy and convergent speed of the filter algorithm are essential for protective relays. A widely applied filter algorithm, the discrete Fourier transform (DFT) can easily erase harmonics using simple calculation. However, the voltage and current signals contain large harmonics and DC offset during the fault interval. The DC offset heavily influences the precision and convergence speed of the fundamental frequency signal from DFT. In this investigation, the authors present a novel Fourier algorithm to remove the DC offset in a voltage or current signal. Applying a full-cycle DFT (FCDFT) requires one cycle plus two samples to calculate and compensate for the DC offset. Half-cycle DFT (HCDFT) only requires half of a cycle plus two or three samples to accomplish the algorithm when the input signal has no even order harmonics. Adopting the proposed algorithm in distance relays effectively suppresses the DC offset and quickly decomposes the accurate fundamental frequency components     

基于离散傅里叶变换的频谱分析新方法

针对现有的测频算法和频谱分析方法还存在一些不足之处,提出了基于离散傅里叶变换的频谱分析新方法,它能准确计算出信号中的基频分量,整次谐波和非整次谐波的幅值,频率和相角,以及衰减直流分量的幅值和衰减时间常数.公式推导的过程先从简单的单信号模型入手,得到单个余弦信号的幅值、频率和相角,再推广到一般情况下的复杂信号,采用牛拉法...