电网宽频带相量分段测量方法及相关装置与流程

本发明属于电力系统自动化，涉及一种电网宽频带相量分段测量方法及相关装置。

背景技术：

1、随着新型电力系统的发展，直流输电、新能源大规模投运，与之相关的电力电子设备本体及其与系统交互产生了大量的宽频扰动事件，在一些直流近区电网出现了数千赫兹的高次谐波或高频振荡，在某柔直工程中出现了3600hz左右的扰动分量。直流输电及其近区厂站特征次谐波以6k±1和12k±1为主，电网信号具有频谱稀疏性，同时电网信号可能会包含非特征次谐波，即电网信号特征次谐波频率相距比较远。行业内针对新出现的宽频域信号辨识问题，提出了电网信号统一监测方案，可以实现2500hz以内的基波、间谐波和谐波的统一测量，基于固定的采样频率、传统的时间窗和固定的方式识别信号模态成分监测电网信号。

2、然而，现有0～2500hz范围的测量数据尚不能完全覆盖柔直工程中新出现的3600hz左右的扰动分量的监测，无法满足新型电力系统的涉网扰动分析的要求。其次，新型电力系统中电网信号复杂，既具有稀疏性，也存在相互干扰，现有的测量方法全频段范围内采用统一的数据采样频率和数据窗进行分析，未根据电网信号的特征差异化测量，数据窗过大无法实时反应电网的动态特性，也造成测量计算消耗资源大。同时，基于传统固定的数据窗分析采样数据频谱，窗函数旁瓣衰减速度与主瓣宽度存在此消彼长的矛盾，具有频谱泄露抑制能力和频率分辨率不能兼顾的缺点，也无法根据电网信号的特征自适配调整衰减速度与主瓣宽度比对，无法自适应辨识不同模态成分，造成电网信号相互干扰复杂场景下的模态辨识遗漏或多个模态混叠，导致监测结果不准确。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种电网宽频带相量分段测量方法及相关装置。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明第一方面，提供一种电网宽频带相量分段测量方法，包括：获取电网信号的采样数据，并按照频率将采样数据划分为若干个频段区间的采样数据并滤波，得到各频段区间的滤波数据；根据各频段区间预设的重采样频率对各频段区间的滤波数据进行重采样，得到各频段区间的重采样数据；采用基于自适应卷积窗的加窗插值方法对各频段区间的重采样数据频谱分析，得到各频段区间内各频点的相量测量数据。

4、可选的，所述按照频率将采样数据划分为若干个频段区间的采样数据包括：获取采样频率为32khz的电网信号的采样数据；按照频率将采样数据划分为低频段区间的采样数据、中频段区间的采样数据和高频段区间的采样数据；其中，低频段区间为[0，300hz]，中频段区间为[300hz，2500hz]，高频段区间为[2500hz，5000hz]。

5、可选的，所述滤波包括：获取各频段区间的通带截止频率、阻带截止频率、通带波纹和阻带衰减；根据各频段区间的通带截止频率、阻带截止频率、通带波纹和阻带衰减，基于最小均方误差准则下的设计方法设计各频段区间的有限冲激响应fir滤波器；将各频段区间的采样数据与各频段区间的fir滤波器进行卷积计算。

6、可选的，所述将各频段区间的采样数据与各频段区间的fir滤波器进行卷积计算包括：采用基于快速傅里叶变换fft的快速卷积算法，将各频段区间的采样数据与各频段区间的fir滤波器进行卷积计算。

7、可选的，所述根据各频段区间预设的重采样频率对各频段区间的滤波数据进行重采样，得到各频段区间的重采样数据包括：遍历各频段区间，得到各频段区间的重采样数据：对于当前频段区间，根据工频数据额定频率f1和当前频段区间预设的重采样频率，确定当前频段区间的重采样间隔delt_t；以及根据工频数据额定频率f1和采样数据的采样频率，得到当前频段区间的滤波数据的采样间隔t；遍历当前频段区间的各重采样点，得到当前频段区间的重采样数据：对于当前频段区间的当前重采样点：获取工频数据当前频率f0，并根据finst＝f0/f1，计算调整比重finst；并根据delt_t＝delt_t*finst，更新delt_t；以及根据delt_t对当前频段区间的滤波数据进行当前重采样点的重采样；其中，重采样时，当t＞delt_t时，采用3阶4点的插值拟合方法进行插值拟合运算得到当前重采样点的重采样值。

8、可选的，所述采用基于自适应卷积窗的加窗插值方法对各频段区间的重采样数据频谱分析，得到各频段区间内各频点的相量测量数据包括：将各频段区间的重采样数据进行复调制移频；以kaiser窗为母窗构建自适应卷积窗，并基于自适应卷积窗将各频段区间复调制移频后的重采样数据进行加窗频谱分析，得到各频段区间的各极值频谱；基于相位不变特性判别各极值频谱的模态成分，且当当前极值频谱的模态成分为多模态成分时，减小kaiser窗的调节因子并重复上述步骤，至各频段区间的各极值频谱的模态成分均为单模态成分；根据各频段区间的各极值频谱，得到各频段区间内各频点的相量测量数据。

9、可选的，所述基于相位不变特性判别各极值频谱的模态成分包括：获取极值频谱的峰值谱线和次高谱线的相位值相对变化量；当所述相位值相对变化量大于预设的门槛阈值时，当前极值频谱的模态成分为多模态成分；否则，当前极值频谱的模态成分为单模态成分。

10、本发明第二方面，提供一种电网宽频带相量分段测量系统，包括：分段滤波模块，用于获取电网信号的采样数据，并按照频率将采样数据划分为若干个频段区间的采样数据并滤波，得到各频段区间的滤波数据；重采样模块，用于根据各频段区间预设的重采样频率对各频段区间的滤波数据进行重采样，得到各频段区间的重采样数据；频谱分析模块，用于采用基于自适应卷积窗的加窗插值方法对各频段区间的重采样数据频谱分析，得到各频段区间内各频点的相量测量数据。

11、本发明第三方面，提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述电网宽频带相量分段测量方法的步骤。

12、本发明第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述电网宽频带相量分段测量方法的步骤。

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

14、本发明电网宽频带相量分段测量方法，首先基于频段划分策略，按照频率将采样数据划分为若干个频段区间的采样数据并滤波得到各频段区间的滤波数据，然后根据各频段区间预设的重采样频率对各频段区间的滤波数据进行重采样，降低每个频段数据采样频率和计算点数，最后采用基于自适应卷积窗的加窗插值方法对各频段区间的重采样数据频谱分析，得到各频段区间内各频点的相量测量数据，有效扩展宽频带相量监测的频率范围，并且基于自适应卷积窗的加窗插值方法，实现扰动信号全面准确的自动识别。通过根据电网信号的特征差异化测量，提高动态响应能力和减轻计算消耗资源，并有效提升监测结果的准确性。

技术特征：

1.一种电网宽频带相量分段测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电网宽频带相量分段测量方法，其特征在于，所述按照频率将采样数据划分为若干个频段区间的采样数据包括：

3.根据权利要求1所述的电网宽频带相量分段测量方法，其特征在于，所述滤波包括：

4.根据权利要求1所述的电网宽频带相量分段测量方法，其特征在于，所述将各频段区间的采样数据与各频段区间的fir滤波器进行卷积计算包括：

5.根据权利要求1所述的电网宽频带相量分段测量方法，其特征在于，所述根据各频段区间预设的重采样频率对各频段区间的滤波数据进行重采样，得到各频段区间的重采样数据包括：

6.根据权利要求1所述的电网宽频带相量分段测量方法，其特征在于，所述采用基于自适应卷积窗的加窗插值方法对各频段区间的重采样数据频谱分析，得到各频段区间内各频点的相量测量数据包括：

7.根据权利要求1所述的电网宽频带相量分段测量方法，其特征在于，所述基于相位不变特性判别各极值频谱的模态成分包括：

8.一种电网宽频带相量分段测量系统，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述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计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述电网宽频带相量分段测量方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述电网宽频带相量分段测量方法的步骤。

技术总结本发明属于电力系统自动化技术领域，公开了一种电网宽频带相量分段测量方法及相关装置，包括获取电网信号的采样数据，并按照频率将采样数据划分为若干个频段区间的采样数据并滤波，得到各频段区间的滤波数据；根据各频段区间预设的重采样频率对各频段区间的滤波数据进行重采样，得到各频段区间的重采样数据；采用基于自适应卷积窗的加窗插值方法对各频段区间的重采样数据频谱分析，得到各频段区间内各频点的相量测量数据。有效扩展宽频带相量监测的频率范围，并且基于自适应卷积窗的加窗插值方法，实现扰动信号全面准确的自动识别，通过根据电网信号的特征差异化测量，提高动态响应能力和减轻计算消耗资源，并有效提升监测结果的准确性。技术研发人员：张海东,吴艳平,赵国庆,任辉,杨青,任浩,姚志强,樊陈,窦仁晖,姜玉磊,徐歆,沈泽亮受保护的技术使用者：中国电力科学研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4