一种电网频率测量方法、系统、介质及产品

本发明涉及广域同步相量测量，具体涉及一种电网频率测量方法、系统、介质及产品。

背景技术：

1、广域同步相量测量技术（phasor measurement unit，pmu）是现代电力系统监测与控制的重要手段，能够实时测量电网中的电压和电流相量，并为电力系统的稳定性分析、故障检测和电能质量监测提供重要数据支持。同步相量估计算法是pmu的核心 。

2、离散傅里叶变换（discrete fourier transform, dft）算法是一种常用的相量测量方法，其通过递归计算方式有效降低了计算量。基于dft的算法具有谐波容限好、精度高、硬件实现简单等优点，广泛应用于商用pmu中。经典的基于dft的算法可以在电网运行接近标称频率时提供精确的测量，但当电网频率偏离标称频率时，由于dft的频谱泄漏问题，测量误差会增大。此外，在频变、幅度调制、相位角调制等动态条件下，该算法通常存在较大的测量误差。为了准确计算各种稳态和动态条件下的电网频率，对基于dft的估计算法进行了大量改进。插值dft算法使用频谱插值方法来减轻标称频率下的频谱泄漏。自适应dft算法在初始估计的基础上调整滤波器参数，提高测量精度。创建一个虚拟的两相信号来消除dft的频谱泄漏，从而使标称频率下的误差最小化。为了提高稳态和动态测量精度，提出了一种由多个常系数滤波模块组成的方法。综上所述，采用多种误差缓解方法可以显著降低基于dft算法的测量误差。然而，为了达到更高的测量精度，算法变得越来越复杂，计算量也越来越大。此外，随着分布式能源在大容量系统中的渗透，面临着一个更加动态和噪声的配电网测量环境。可以通过提高数据采样率和窗口大小来减小误差，这进一步增加了硬件、软件上的计算成本.因此，一种计算效率更高、更精确的测量算法对于降低设备成本和大规模部署非常重要，最终有助于提高态势感知和网格可视性。此外，在低/高频瞬时保护、基于频率的负荷控制、更快的系统动态响应预测等电力系统应用中，需要更高的频率测量率。传统的广域同步相量测量算法在处理大量实时数据时，暴露出计算复杂度高、实时性差、抗噪能力不足等问题，影响了其在实际应用中的效果。因此，改进广域同步相量测量算法以提高其计算效率和抗噪能力，成为广域同步相量测量技术研究的重要方向。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种电网频率测量方法、系统、介质及产品，本发明旨在改进现有的广域同步相量测量算法，优化计算流程和增强抗噪能力，提高广域同步相量测量的精度和实时性能以满足现代电力系统监测与控制的需求。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种电网频率测量方法，包括下述步骤：

4、s1，针对输入的电网信号采用离散傅里叶变换计算相位测量值的虚部和实部，并根据相位测量值的虚部和实部计算出相位角；

5、s2，根据连续的多个采样点的相位角计算电网的估计频率；

6、s3，将估计频率通过扩展卡尔曼滤波算法进行频率增强估计得到增强估计频率并输出。

7、可选地，步骤s1中包括先针对初始的n个采样点的电网信号根据下式采用离散傅里叶变换计算初始的相位测量值的虚部和实部：

8、，

9、上式中，和分别为初始的相位测量值的实部和虚部，n为采样点数量，是第 k个采样点的电网信号值；然后根据下式采用递归离散傅里叶变换计算任意第m个相位测量值的虚部和实部：

10、，

11、上式中，和为第m个相位测量值的实部和虚部，和为第m-1个相位测量值的实部和虚部，和为第 m+n和第 m个采样点的电网信号值。

12、可选地，步骤s1中相位角的计算函数表达式为：

13、，

14、上式中，为第m个相位测量值的相位角，，和为第m个相位测量值的实部和虚部。

15、可选地，步骤s2中根据连续的多个采样点的相位角计算电网的估计频率包括：根据连续的个采样点的相位角来计算二次多项式系数：

16、，

17、上式中，为第i个采样点的相位角，为第i个采样点的时间长度，，其中为采样间隔，为系数矩阵中的元素，且有：

18、，

19、上式中，为系数矩阵的行列式值；根据下式计算电网在第j个采样点的估计频率：

20、，

21、上式中，为电网在第j个采样点的估计频率，为电网的初始频率，为第j个二次多项式系数。

22、可选地，步骤s2中根据连续的多个采样点的相位角计算电网的估计频率包括：针对连续的个采样点的相位角，首先基于下式计算初始的二次多项式系数：

23、，

24、上式中，为第j个二次多项式系数，为第i+j个采样点的相位角，为第i个采样点的时间长度，，其中为采样间隔，为系数矩阵中的元素，且有：

25、，

26、上式中，为系数矩阵的行列式值；然后根据下式使用递归思想计算后续的二次多项式系数：

27、，

28、，

29、上式中，为第j-1个二次多项式系数，为第个采样点的相位角，为第个采样点的相位角，为第个中间变量，为第个中间变量，为确定个采样点的整数参数；根据下式计算电网在第j个采样点的估计频率：

30、，

31、上式中，为电网在第j个采样点的估计频率，为电网的初始频率，为第j个二次多项式系数。

32、可选地，步骤s3中将估计频率通过扩展卡尔曼滤波算法进行频率增强估计时，进行增强频率估计预测值更新的函数表达式为：

33、，

34、上式中，为第 k时刻增强频率估计预测值， a是作用在上的状态变换模型，为 k-1时刻增强频率估计更新值，是作用在控制器变量上的输入-控制模型；进行协方差矩阵的预测值更新的函数表达式为：

35、，

36、上式中，为 k时刻协方差矩阵的预测值，为 k-1时刻的协方差矩阵更新值，为过程噪声协方差；计算扩展卡尔曼滤波增益的函数表达式为：

37、，

38、上式中，为扩展卡尔曼滤波增益， h为观测模型，用于把真实状态空间映射为观测空间； r是观测噪声协方差；更新频率估计的函数表达式为：

39、，

40、上式中，为 k时刻增强频率估计更新值，观测方程为第k个采样点的估计频率；更新协方差矩阵的函数表达式为：

41、，

42、上式中，为 k时刻的协方差矩阵更新值， i是单位矩阵。

43、此外，本发明还提供一种电网频率测量系统，包括：

44、相位角计算程序单元，用于针对输入的电网信号采用离散傅里叶变换计算相位测量值的虚部和实部，并根据相位测量值的虚部和实部计算出相位角；

45、频率估计程序单元，用于根据连续的多个采样点的相位角计算电网的估计频率；

46、频率增强程序单元，用于将估计频率通过扩展卡尔曼滤波算法进行频率增强估计得到增强估计频率并输出。

47、此外，本发明还提供一种电网频率测量系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行所述电网频率测量方法。

48、此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序或指令，该计算机程序或指令被编程或配置以通过处理器执行所述电网频率测量方法。

49、此外，本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序或指令，该计算机程序或指令被编程或配置以通过处理器执行所述电网频率测量方法。

50、和现有技术相比，本发明主要具有下述优点：在广域同步相量测量领域，现有的广域同步相量算法在处理实时同步相量数据时存在计算复杂度高、实时性差和抗噪能力不足等问题，导致在实际应用中难以满足高精度、高效率的要求，本发明包括针对输入的电网信号采用离散傅里叶变换计算相位测量值的虚部和实部，并根据相位测量值的虚部和实部计算出相位角；根据连续的多个采样点的相位角计算电网的估计频率；将估计频率通过扩展卡尔曼滤波算法进行频率增强估计得到增强估计频率并输出，本发明能够有效改进现有的广域同步相量测量算法，优化计算流程和增强抗噪能力，提高广域同步相量测量的精度和实时性能以满足现代电力系统监测与控制的需求。