[发明专利]一种基于衰减指数函数模型的动态谐波相量测量方法

说明书

本发明公开了一种基于衰减指数函数模型的动态谐波相量测量方法。所述方法包括：选定模型参数值τ_k,h，据此基于衰减指数函数模型构建动态谐波相量的参数化模型；基于上述构建的模型实现电网信号的近似表示；基于上述近似表示的电网信号，采用最小二乘法实现信号中各衰减指数分量对应特征相量的计算；根据计算得到特征相量值计算动态谐波相量估计值。

技术领域

本发明涉及电力系统监测领域，尤其涉及动态谐波相量测量方法。

背景技术

由于大量电力电子装置和调速电机的应用，电力系统中存在越来越多的谐波。测量谐波相量可以应用于谐波状态估计、谐波源定位、电能质量监测与控制、孤岛检测和电力系统高阻故障检测等。但由于系统的动态行为或负荷的动态特征，导致谐波可能存在动态特性，尤其当系统发生故障时，谐波幅值可能存在呈指数变化特征。当幅值指数变化的速率较快(即时间常数较小)时，这一动态特性将严重影响动态谐波相量的测量准确度，从而影响高阻故障检测和孤岛检测等高级应用的准确性。

当谐波幅值快速变化时，实现动态谐波相量高准确度测量的难点是反应谐波幅值变化的时间常数较小，导致建立的信号模型无法准确表征动态谐波向量，进而导致动态谐波向量的测量误差较大。已有的泰勒傅里叶变换方法(Platas-Garza M A,Serna J A D LO.Dynamic Harmonic Analysis through Taylor-Fourier Transform.IEEETransactions on Instrumentation and Measurement,2011,60(3):804-813.)和基于sinc插值函数的动态谐波相量测量方法(Chen L,Zhao W,Wang Q,et al.Dynamicharmonic synchrophasor estimator based on sinc interpolation functions.IEEETransactions on InstrumentationMeasurement,2019,68(9):3054-3065.)分别构建了基于泰勒信号模型和时域采样定理的动态谐波相量参数化模型，在谐波幅值和相位在窄带范围内变化情况下具有较高的准确度，但对于幅值呈指数形式快速变化的谐波相量而言，准确度仍然较低。

发明内容

为了解决已有的测量方法对谐波幅值快速变化情况下的动态谐波相量的测量准确度不高的问题，本发明的目的是提出一种新型动态谐波相量测量方法，该方法是对于幅值快速变化的动态谐波相量的高准确度测量方法，从而为高阻故障检测和孤岛事件检测提供实时信息。具体而言，本发明通过构建衰减指数函数模型实现了动态谐波相量的参数化建模，进一步实现了电网信号的近似表示，并基于此提出了动态谐波相量测量算法。该算法可保证谐波相量测量单元(harmonic phasor measurement unit,HPMU)在谐波幅值快速变化条件下，依然能准确测量动态谐波相量。

为实现实时目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于衰减指数函数模型的动态谐波相量测量方法，其特征在于包括以下步骤：

1)针对谐波幅值呈指数变化情况而相应构建动态谐波相量参数化模型，而用有限项衰减指数函数对动态谐波相量进行表示；

2)根据所述动态谐波相量参数化模型实现电网信号的近似表示模型，从而可根据这一表示结果，实现衰减指数函数特征相量的估计；

3)根据步骤2)构建的电网信号模型，基于最小二乘法实现衰减指数函数特征相量的估计。

对一个谐波幅值快速变化的电网信号，可以将其表示为

其中，Re{·}表示取相量实部算子；H为信号中的最高谐波次数；f₀是额定频率；a_h(t)和θ_h分别代表h次谐波分量的幅值和相位，这里假设幅值是时变的；为h次动态谐波相量。