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用顺序采样值精确测量电量 |
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用顺序采样值精确测量电量 |
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作者:佚名 文章来源:不详 点击数: 更新时间:2008-9-24 9:33:32 |
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许 珉 郑州大学(北校区)电气工程学院, 河南 郑州 450002
1引言
随着计算机和数字信号处理技术的发展与推广,基于交流采样的电力系统测量与保护技术得到了十分广泛的应用。常用的电量测量交流采样算法有:均方根值算法、全波傅氏算法和FFT法。均方根值算法的优点是它不仅对正弦波有效,也可较准确地测量波形畸变的电量。全波傅氏算法一般计算电量的基波分量电压、电流有效值及有功和无功功率,对测量波形畸变的电量误差较大。快速傅立叶变换FFT也是测量波形畸变的电量的有效方法。在各种算法中,计算P时要求电压和电流为同一时刻的采样值。采用同时采样的硬件可满足这一要求,现在一些微机测量保护装置为了降低测量保护装置硬件成本,提高测量保护装置的可靠性,采用顺序采样硬件,这样前后两路之间有时间差Δt(模入通道选择、采样保持、A/D转换以及程序执行时间),相应角度为ΔФ=2πfΔt,此时间差对P的计算会产生较大误差。用顺序采样值,实现畸变电量的精确测量,有重要意义。
2计算方法
在文献[3]中采用对基波向量移相的方法,对于波形畸变的电量,电压、电流和有功功率测量都有较大误差,如对高次谐波也进行移相,就能得到同一时刻各电压和电流的各高次谐波向量,用FFT或傅立叶算法和非正弦周期信号的理论进行计算,可以得到精确结果。
以电流为例,设顺序采样值间隔时间为Δt,对应的角度为Δφ,k为k次谐波,基波角频率为ω1,则第n路电流延时后的值为
移相到第1路采样时刻的各次谐波电流向量的实部和虚部按下式计算
其中cos(knΔΦ)和sin(knΔΦ)为已知,可以离线计算出。
用离散傅立叶变换DFT(FFT)计算电量时,利用DFT的共轭对称性,通过计算一个N点的DFT,一次可以完成两个实序列的N点DFT变换
经过幅度修正后,各次谐波的电压和电流向量为
如果电压先采样,电流后采样,两路采样时刻相差Δt,对应的角度为Δφ,则对基波及各谐波电流进行移相
根据非正弦周期信号的理论及以上计算结果可得
非正弦周期电量无功功率的计算情况比较复杂[5],近似用
3仿真计算及分析
仿真计算的电压、电流为含有谐波分量的函数:
对电压、电流进行顺序采样,每个工频周期采样32点,前后两路相差62μs,采用32点FFT计算,本方法与16点均方根法计算结果相同,U=1.437,I=2.1307,P=2.6414,有相同的精度。不校正时的 P=2.6718,相对误差达1.151%,误差较大。
由数字信号处理的理论知道,用DFT进行频谱分析时会产生混叠现象、栅栏效应和截断效应,因此,会产生误差。混叠现象可以通过在采样前进行模拟滤波消除,因消除的谐波次数较高,对测量的影响很小。由于电量中只含有有限次的谐波分量,其频谱可以从N个缝隙中看到,栅栏效应的影响基本没有。另外,电量中各次谐波的谱线是离散的,采样截断后频谱中的谱线向附近展宽影响较小,谱间干扰也较小,因此,截断效应的影响很小。DFT隐含周期性,当频率变化时会产生误差,这可以通过自适应调整采样时间间隔来消除。综上所述,由于电力系统正常运行时,畸变电量中一般只含有基波和其整倍数次高次谐波,因此,采用软件的方法,用顺序采样值,可以实现畸变电量的精确测量。
4结论
利用顺序采样值,用软件的方法得到同一时刻各电压、电流的基波和各高次谐波向量,可以实现畸变电量的精确测量,对降低测量保护装置硬件成本,提高测量保护装置的可靠性和测量精度有重要意义,具有实用价值。
参考文献
[1]孙淑信. 变电站微机检测与控制[M]. 水利电力出版社,1995.5.
[2]黄益庄. 变电站综合自动化技术[M]. 中国电力出版社,2000.3.
[3]毕胜春. 电力系统远动及调度自动化[M]. 中国电力出版社,2000.4.
[4]于海生,等. 基于复序列FFT和锁相原理的电参数测量[J].电网技术,2000.24(3).
[5]邱关源. 电路(第三版)[M]. 高等教育出版社,1989.
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