电力系统频率的高精度测量方法研究
电力系统中的频率监测与调节技术研究
电力系统中的频率监测与调节技术研究随着电力系统规模和复杂性的不断增加，对频率监测与调节技术的研究日益受到重视。
频率监测与调节技术是确保电力系统稳定运行的关键因素之一，它涉及到发电、输电和配电等各个环节。
本文将对电力系统中的频率监测与调节技术进行研究，并探讨其在电力系统运行中的重要性和应用。
首先，频率监测是电力系统运行中的重要环节之一。
在电力系统中，频率是描述电力系统运行状态的一个重要指标。
频率监测是通过对电网频率的实时监测与分析来获取电力系统的运行状态信息，并根据分析结果进行相应的调节和控制。
频率监测技术的发展使得电力系统具备了更高的自适应性和稳定性。
频率监测技术的实现离不开高精度的频率测量装置。
目前，常用的频率测量装置有同步电动机和全谐波振荡器两种。
同步电动机是电力系统中常见的负荷设备，通过监测同步电动机的运行状态，可以间接获得电力系统的频率信息。
全谐波振荡器则是一种基于谐波灵敏放大的频率测量装置，可以直接测量电力系统的频率。
这些装置能够实时准确地监测电力系统的频率，为后续的频率调节提供重要的数据支持。
其次，频率调节是确保电力系统稳定运行的关键环节。
电力系统的负载和供应之间必须保持平衡，才能确保电力系统的频率处于合理范围内。
频率调节技术是为了保持电力系统负荷和供应之间的平衡而采取的一系列措施。
频率调节技术的研究不仅可以提高电力系统的稳定性和可靠性，还可以减少电力系统的供需间的不平衡现象。
在电力系统中，频率调节技术主要包括两个方面：供应侧频率调节和负荷侧频率调节。
供应侧频率调节主要通过发电机组的调节来实现。
当电力系统负荷过重或过轻时，通过增减发电机组的出力，可以实现电力系统负载和供应之间的平衡。
负荷侧频率调节则主要通过负荷的调节来实现。
当电力系统负载过重或过轻时，通过增减负荷的消耗，可以实现电力系统负载和供应之间的平衡。
这些频率调节技术能够在很大程度上保持电力系统的稳定运行，并减少因频率不平衡而导致的故障和损失。
频率时间和相位的测量
频率时间和相位的测量频率、时间和相位的测量是现代科技中非常重要的一项技术。
在通信、电力系统、航空航天等领域，准确测量频率、时间和相位可以确保系统的稳定性、可靠性和正常运行。
本文将从频率测量、时间测量和相位测量三个方面进行介绍。
第一部分：频率测量频率是指单位时间内发生的事件的次数。
在通信系统中，频率是指信号波形的周期性重复次数。
频率的测量常用的方法有：阻抗频率测量和计数频率测量。
阻抗频率测量是通过测量电路中的阻抗变化来计算频率。
具体方法是将信号加到一个频率依赖的电路上，测量电路的阻抗变化。
阻抗频率测量的精度高，适用于高精度要求的场合，如科学研究和实验室测量等。
计数频率测量是通过计数单位时间内信号波形的周期数来计算频率。
具体方法是将信号输入到计数器中，计数器会记录信号波形的上升沿或下降沿的个数，然后将个数除以测量时间得到频率。
计数频率测量的精度相对较低，适用于一般工业生产和实际应用中。
第二部分：时间测量时间是指事件的发生顺序和持续时间。
时间的测量常用的方法有：基于机械系统的时间测量和基于电磁波传播的时间测量。
基于机械系统的时间测量是通过机械装置的运动来测量时间。
最早的时间测量仪器是机械钟。
现代的机械钟使用特殊设计的机械组件，如摆轮、游丝等，来实现稳定的精确时间测量。
基于机械系统的时间测量具有较高的稳定性和精度，但受限于机械部件的制造工艺和环境因素，无法实现高精度要求。
基于电磁波传播的时间测量是现代科技中最主要的时间测量方法。
基于电磁波传播的时间测量使用电磁波在空间传播的规律来测量时间。
具体方法是使用特殊的发射器和接收器，通过测量电磁波传播的时间差来确定事件的发生时间。
这种时间测量方法精度高，适用于需要高精度时间的领域，如导航系统和科学研究等。
第三部分：相位测量相位是指两个波形之间的关系。
相位的测量常用的方法有：频率锁相测量和相位差测量。
频率锁相测量是通过比较两个波形的频率差异来测量相位。
具体方法是将两个波形输入到一个锁相环中，通过调整锁相环中的参数，使两个波形的频率一致，从而得到相位差。
两种简单实用的电网频率实时测量方法
率变化趋势已知和未知两种情况，本文在此分别提 出了２种不同的频率实时测量方法。
１ 系统频率变化趋势已知情况下频 率测量方法
实际测量表明，电网频率，的变化频率约为凡＝
２．０８ Ｈｚ。不失一般性。这里假设电网电压信号的频
率按式（１）变化。
ｆ＝５０＋ｏ．２ ｓｉｎ（２＂ｔｒｆｊ）
（１）
设在ｋ一３、后一２、ｋ—ｌ、蠡时刻的频率瞬时采样值分
别为
万方数据
林的方等：两种简单实用的电网频率实时测量方法
Ｖ０１．２５ Ｎｏ．４
ｆｉ＿３＝５０＋Ｏ．２ｓｉｎ（２７ｒｆｊ－６ｗｆｏ，Ｔｓ）
石＿２＝５０＋０．２ｓｉｎ（２，ｒｒｆｊ－４＂ｔｒｆＪｓ）
丘一ｌ＝５０＋０．２ｓｉｎ（２７ｒｆｊ－２＇ｒｒｆ，Ｙｓ）
口Ｉ＝２．４２４ ９５８ ６６０ ５８５ ｌ １６ ５ｘｌ旷
ａ２＝１．２１２ ４７９ ３３０ ２９２ ５５８ ３ｘ１０ｒ５ ６ｌ－一１．９９０ １２７ ００６ ４１３ ２２０ ６ ｂ２＝０．９９０ １７５ ５０５ ５８６ ４３２ ３
将式（５）的计算结果经低通滤波器滤波后得到
＾，代入式（１）得
ｆ＝５０＋ｏ．２ｓｉｎ（２ｑ０）
万方数据
第２５卷第４期
电网与清洁能源
３９
哈、／（讹））２＋（吉旦铲）２
（１２）
根据式（１２）可得实时的测量电压幅值。 取尼次、尼一１次采样值计算频率如下：
鲻墨如（垒二１１＝些二垡巡丝二！）：
Ｕ：
ｃｏｓ（ｋｔｏＴｓ）ｃｏｓ［（ｋ－１油Ｔｓ］－ｓｉｎ（ｋｔｏＴｓ）ｓｉｎ［（ｋ－１Ⅻ瑚＝
ＣＯＳ（‘Ｏｒｓ）
坼葡aoa两rzia营2其中低通滤波器的系数为ao12124793302925583x10巧口i2424958660585l165xl旷a212124793302925583x10r56l一19901270064132206b209901755055864323将式5的计算结果经低通滤波器滤波后得到f50o2sin2q0根据上面的滤波器系数可知该滤波器的数据窗长度分子阶数分母阶数为6当采样率为9000ilz时可知该滤波器的群延时为0666ms所需的数据窗长度比基于傅氏算法的频率测量算法递推最小二乘法基于等比原理频率测量算法以及平滑加权相位差分法等测频算法所需的数据窗长度要小得多因此实时性有了很大的提高
基于准同步窗的相位差法实现电网频率的高精度测量
Ｌ ∑Ｐ Ｆ， ＝ — ∑ｐ Ｆ… ２ ＝ — ｉ ２— — ・ Ｆ ： — ； Ｆ一 ：；— 。 一 ・ —— ｉ 一 ∑ｐ 。 ； ∑ｐ 。 ｉ ∑ｐ ｉ
≠１』） 丽 』ｘ 丽 ｆｘ １ ｆ （≠ ｘ ｄ （
３４ 广东科技２１． 第１期 ０２ ． ７ ９
今：
Ｆ仅 ） （≠
Ｂ ２ △ ＋
ｊ ） （ｄ Ｆ仪
本文介绍 的基于准 同步 窗的相位差法 是对采样 数据准 同 步化后用 Ｄ ｒ 变换后频域进行分析处理 ， Ｆ ｒ 以计 算出频率 。该方 法 的采 样方法是等 间隔采样 ， 无需与 电网频 率同步 ， 对信号过 零 点附近 的畸变不敏感 ， 通过数据处理 中增加迭代次数来达 到 高精度测量。本文着重 讨论基于准同步窗的相位差法的算法实
了该方法在 宽范 围内仍具有很高的测量精度 。 该方法采样无需与信号周期完全 同步 ， 采用纯软件 算法实现 ， 降低硬件复杂度和成本， 具
有 重 要 的实 际工 程 意 义 。
关键 词 ： 同步 ； 准 频率测量； 相位 差； 高精度
１ 引 言
电 网频 率 是 电力 系 统 运 行 中 的一 个 重 要 参 数 ， 供 电质 量 是
现。
ｆｐ １ 』 ） （ Ｆ【［ ） ＝ （０ ０ ｄ
经 过 多 次 递 推 后 可得 到 ：
Ｆ ｎ） （ ＝
可 以证 明： １ （） ＿ ｉ ｍ 仪 －
』 Ｉｘ） Ｆ（ （ ｌ ） ＿ｄ ｌ
２ 测 量 原 理
２１ 准 同步 采样 ．
准同步采样法是在 同步采样法 的基础上发展 出来 的， 是一 种 比同步采样更灵活 、 更准确 、 更可靠 的采样测量方法 。准同步 采 样 最 显 著 的特 点 是 其 采 样 周 期 不 要 求 与信 号周 期严 格 同 步 ，
电力系统中如何测量交流电的频率和相角
点频击率添测量加标题
1.2 基于傅里叶变换的方法
傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的方法。通过将交流电信号进行傅里叶变换 ，可以得到其频率成分。这种方法需要使用高速的数据采集系统和计算机来进行数据处理 和分析
2
相角测量
点相击角添测量加标题
2.1 基于电压过零点检 测的方法
点相击角添测量加标题
THANKS 感谢恩师
电力系统中如何测量交流 电的频率和相角
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目录 Content
01Leabharlann 频率测量02相角测量
03
实际应用中需要注意的问题
电力系统中如点何测击量添交流加电标的频题率和相角
在电力系统中，交流电的频率和相角是 非常重要的参数，对于电力系统的稳定 运行和电力质量有着直接的影响
因此，测量交流电的频率和相角是非常 必要的
3
实际应用中需 要注意的问题
实际应点用中击需添要注加意标的问题题
在实际应用中，测量 交流电的频率和相角
需要注意以下几点
实际应点用中击需添要注加意标的问题题
抗干扰能力：由于电力系统 中存在大量的干扰信号，如 雷电、开关操作等，因此需 要采取有效的抗干扰措施来
保证测量结果的准确性
实时性：电力系统的运行状 态是实时变化的，因此需要 能够实时地测量和监控交流
电的频率和相角
精度：测量结果的精度对于 电力系统的稳定性和电力质 量有着直接的影响，因此需 要使用高精度的测量设备和 算法来保证测量结果的精度
安全性：在电力系统中进行 测量时需要注意人身安全和 设备安全，如避免在高压电 场下进行测量、使用合格的 测量设备等
实际应点用中击需添要注加意标的问题题
电力系统中的电能质量监测与改善技术研究
电力系统中的电能质量监测与改善技术研究摘要：电力系统中的电能质量监测与改善技术研究旨在确保电力系统的稳定性和可靠性，以满足现代社会对高质量电能的需求。
本文首先介绍了电能质量监测的关键指标，包括电压和电流畸变、电压偏差、电频率波动以及临时过电压和瞬态现象。
随后，探讨了电能质量监测所需的仪器和设备，以及数据采集与分析方法。
在电能质量改善技术方面，文章涵盖了传统和现代两个方面。
传统方法包括电容器和调谐滤波器的应用、电动机-发电机组的协同运行以及电压调节设备的使用。
现代技术方面，介绍了静态无功补偿器（STATCOM）、动态电压恢复器（DVR）、有源滤波器以及能源储存系统对电能质量的改善影响。
此外，文章还提到了成本效益分析与技术选择的重要性，以帮助电力系统运营者在选择合适的改善技术时做出明智决策。
关键词：电力系统；电能质量监测；改善技术1 引言电能质量是电力系统稳定性和可靠性的关键因素之一，直接影响到各行各业的电力用户。
随着现代社会对电力供应的高要求，电能质量监测与改善技术变得愈加重要。
电力系统中的不稳定电压、电流畸变、电压偏差、电频率波动以及临时过电压和瞬态问题可能导致设备损坏、能源浪费，甚至生产过程中的故障。
本文旨在探讨电能质量监测与改善技术的研究进展。
2 电能质量的监测技术2.1 电能质量的监测指标电能质量监测作为现代电力系统中的关键组成部分，不仅关乎设备的正常运行和系统稳定性，还影响终端用户的用电体验。
电能质量的监测指标是评估和量化电力系统性能的关键标准，其中电压、电流畸变、电压偏差、电频率波动以及临时过电压与瞬态等参数对系统性能产生深远影响。
首先，电压和电流畸变主要是由于非线性负荷和设备的工作原理所引起。
例如，可调速驱动器、变频器以及某些电子设备在操作时会产生谐波，导致电流和电压的畸变。
这种畸变可能导致设备加热、绝缘老化、电能浪费等问题。
因此，准确地监测这些畸变并进行适当的校正和控制对保证电能质量至关重要。
一种基于d-q-0坐标变换的频率测量算法
一种基于d-q-0坐标变换的频率测量算法印海文;牟龙华【摘要】传统的基于离散傅立叶变换或改进离散傅立叶变换算法所需数据量大,计算复杂,动态特性较差,不易实现.提出一种基于三相电网的频率检测算法,该算法利用广义d-q-0变换,将三相电量变换到d-q-0静止坐标系,然后分别对d轴分量和q 轴分量进行低通数字滤波获得基波分量,对滤波后的基波分量进行计算得出电网频率.该算法所需数据量少,计算量简单,不需要考虑初相角.通过Matlab软件对各种信号进行了仿真,仿真结果表明该算法计算简单,易于实现,能够以高精度快速跟踪上系统频率.%The traditional discrete Fourier transform based algorithm or the improved algorithm requires large quantity of data, and has complex computation, and poor dynamic performance, which is not easy to realize.A frequency detection algorithm based on three-phase power grid is proposed in this paper.This algorithm uses generalized d-q-0 transformation to transform the three-phase power into the d-q-0 stationary frame.Then each of the d-axis component and q-axis component is sent to a low-pass digital filter to get fundamental component.Through calculation of filtered fundamental component, the grid frequency could be obtained.There are lots of advantages of the algorithm, such as less of required data, easy to calculate and no consideration of initial phase angle.Matlab simulation shows that the algorithm is simple, easy to implement and able to fast track the system frequency with high precision.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2011(039)012【总页数】5页(P79-83)【关键词】d-q-0变换;频率测量;低通数字滤波;电力系统;频率变换【作者】印海文;牟龙华【作者单位】同济大学电气工程系,上海201804;同济大学电气工程系,上海201804【正文语种】中文【中图分类】TM710 引言电力系统频率是衡量电能质量的一项重要指标,也是稳定控制状态的反馈量,需要实时进行测量。
对电网故障时刻PMU测量频率的思考和讨论_张彦军
例如 , 某正弦电压的实时波形如图 1所示 。
定的误差 , 由此计算到的实时频率也会有偏差 。 2.1 暂 态信 号的频 率
电网发生的如下扰动 , 都可能导致电压信号的突 变 :短路故障 、线路跳闸 、切机 、切负荷 、非同期并网 等 。当信号发生突变 (幅值突变 , 相角突变等 )时 , 突 变时刻的信号属于暂态信号 。对于暂态信号进行傅 里叶分析 , 可以发现它包含有丰富的频率分量 , 而不 仅仅是基频信号 。 从理论上讲 , 暂态信号的频率测量 结果是一个连续频谱 , 这时不存在严格意义上的工频 频率值 。 在该种情况下 , 为提高快速测频率速度 , 需 要找到更有效的频率测量方法 。 2.2 暂 态信 号对频 率测 量的 影响
K =1 +Δ2πφ 因此 , 被测信号的频率为
f=Tk=1 +TΔ2πφ (Hz)
2 PMU暂态频率测量方法
电力系统相量测量基本上都是建立在信号基频 频率为 50 Hz的前提下的频率测量 , 当电力系统出现 故障后 , 系统将从一种运行状态过渡到另一种状态 。 在此过程中 , 系统的电压 、电流会发生波形畸变 , 同时 考虑到 A/D量化误差等原因 , 采样到的数据存在一
图 2 暂态电压变化图
若电压未发生突变 , 测量周期为 T1 , 则相应测频 结果为 f1 =1/T1 。
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电力系统频率的高精度测量方法研究
频率是电力系统和电气设备的重要运行参数,频率测量是电力系统和电气设备运行、监测、控制以及继电保护的基础。
本文简单地介绍了测量电力系统频率的常用方法,对如何利用傅立叶算法计算电力系统频率进行了详细说明,以及对误差进行了分析。
通过分析说明该算法选择适当的窗函数或者对采样间隔进行自适应调整可以满足高速、精确的测量要求。
标签：频率测量电压信号窗函数
0 引言
电能是当今世界主要能源之一,它的质量标准是以频率、电压和波形来衡量的。
电能质量的好坏直接影响工农业生产和人民的生活。
因此,正确地进行系统频率、电压管理,保证合格的电能质量,是相当重要的。
频率是检验电能生产质量的指标之一,也是衡量电力系统运行状态的重要参数。
它反映了负荷与电源之间的动态能量平衡。
在电力系统中,当系统电源出力低于负荷标称频率下的功率消耗,且系统热备用容量明显不足时,系统将由于有功不足导致电源机组低速运转而使系统频率下降,如不采取有效措施,将导致机组损坏、系统瓦解的重大恶性事故。
因而电力系统运行中的主要任务之一,就是对频率进行监视和控制。
同时,国民经济对电力供应的依赖性愈来愈强,电力用户对电能质量的要求愈来愈严格;从而,电力生产对电力系统频率测量提出了更高的要求。
本文介绍了测量电力系统频率的常用方法,对如何利用傅立叶算法计算电力系统频率进行了详细说明,并对误差进行了分析。
通过分析说明该算法选择适当的窗函数或者对采样间隔进行自适应调整可以满足高速、精确的测量要求。
1 傅立叶算法
1.1 傅立叶算法的基本原理首先假设系统电压信号仅含基频分量,系统的额定基频为采样频率为f0,系统的实际频率为f=f0+△f,则电压信号可表示为:
(1)
令,则
(2)
用离散差分方程代替(1-2)式的求导,并取时间间隔为一个测量周期T0=1/f0,得,则
以上(1)至(3)式,即为频率测量基本公式。
所以只要能够精确算出时间间隔T0内相角的改变量△φ,就可以得到系统频率的精确值。
1.2 傅立叶算法步骤傅立叶算法流程图如下:
根据流程图可以编出傅立叶算法程序。
程序中f0假设为49.8Hz,x1为假设的带有谐波的电压信号,对x1在一个周波内进行采样,采样间隔为1ms,采样点为20,j1为电压信号x1基波的初相位角。
同理可以求出与x1相同的电压信号x2基波的初相位角j2。
利用j=j2-j1,这里的j相当于公式里的△φ,利用公式可求出f 1(相当于公式里的△f)。
最后可求出频率f。
程序中原始电压信号波形如下:
2 误差分析及方法改进
2.1 误差原因分析实际电网信号往往并不是简谐信号,它具有如下特点:①含有丰富的谐波分量;②谐波分量的幅值一般仅为基波分量幅值的百分之几,或更小。
当对电网信号进行非同步采样时,基波分量的频谱泄漏将严重影响2次、3次等谐波分量的频谱,从而导致谐波测量产生很大的误差。
若相邻谐波之间的幅值相差过大,幅值大的谐波分量同样有可能淹没幅值小的谐波分量。
在分析信号频谱的时候,计算机只能处理有限长离散信号,从而要求对连续信号在时域和频域作有限化和离散化处理,以抽取有限个样本值进行计算。
从频谱来看,相当于用一有限长采样序列的傅立叶来近似无限长连续信号的频谱,用离散傅立叶变换的级数来估计连续傅立叶变换的各项傅立叶积分系数,这就不可避免地带来了误差,具体的说,傅立叶频谱分析时主要有以下几个问题:①混叠失真;②频谱泄漏;③栅栏效应。
2.2 方法改进
2.2.1 采样间隔自适应调整为了减小误差,我们还可以采用采样间隔的自适应调整。
这种测量方法,它是根据傅立叶变换和自适应调整采样间隔技术,根据傅立叶变换从受到干扰污染的输入信号中抽取基波电压分量,利用电压相角变化来测量系统频率。
这种方法计算简单,测量快速,精度高,测量范围大和易于实现,而且避免干扰的影响。
为了提高频率测量的精度,我们采用自适应调整采样间隔,即采样间隔决定,T 为实际频率的倒数,于是式(3)变成:
(5)
经过这样处理后,得到的频率测量值具有很高的精度。
采用自适应调整采样间隔后,可以解决固定采样间隔时出现的采样不同步误差,保证频率变化时每周波均匀采样,相当于用软件时间锁相电路的功能,而硬件配置异常简单。
2.2.2 加窗的方法傅立叶算法可以通过加窗来减小频谱泄漏,通过插值消除栅栏效应引起的误差。
算法中,窗函数的选择非常重要。
通常频谱分析要求窗函数主瓣窄、旁瓣低且跌落速度快;不过对同一窗函数,这几个要求很难同时满足。
在信号处理时,应根据信号特征和研究目的来选择窗。
同时也应注意到,不管是加任何窗函数还是增加采样长度(即增加窗的宽度)都只可能在一定程度上抑制泄漏误差和栅栏效应,将误差减小到可以接受的程度,不能完全消失它们所带来的误差。
加窗的方法具有很高的精度,尤其是在以下两个方面:一是对于相位的计算,傅立叶所算出的相位误差很大。
而该方法使相位精度得到显著提高,因而使得谐波分析、阻抗计算有了切实的依据。
二是能够有效地抑制谐波之间,或杂波及噪声的干扰。
即使对于幅值较小的偶次谐波,在傅立叶中经常被大幅值奇次谐波的泄漏所淹没。
为了抑制傅立叶算法存在的频谱泄漏现象,需要为信号选择适当的窗函数进行加权处理。
现在对信号进行加窗处理。
经过加窗后,改进后可以编出算法程序。
3 算法仿真
本文在信号不含谐波、含有谐波、以及分别改变谐波含量和改变一个周波内的采样点数情况下,经过仿真计算得到傅立叶算法和加窗后的傅立叶算法测频结果。
傅立叶算法和加各种加窗算法的误差图如下:
对于所加的5种窗中,仿真结果来看,误差比较大的是Blackman-Harris窗和Blackman窗,而加汉宁窗、汉明窗和三角窗的误差比较小,更适合测量实际电压信号的频率。
4 结论
频率是电力系统和电气设备的重要运行参数,频率测量是电力系统和电气设备运行、监测、控制以及继电保护的基础。
本文介绍了进行电力系统频率测量的一些常用方法以及它们适用的场合,重点利用傅立叶算法实现了对频率的测量,对其测量产生的误差进行了分析,指出了傅立叶算法在非整周期采样的情况下会得到的信号参数有较大的误差,该算法对测量信号的周期性要求较高,并且存在栅栏效应和频谱泄露。
文中通过介绍各种窗函数的时域表达式和函数表达式以及采样
间隔自适应调整方法的基本原理后,利用加窗来实现算法的改进,理论分析和仿真结果表明,加窗的傅立叶算法的测频方法,精度高,受谐波影响小,算法程序实现简单。
所加窗中,汉宁窗、汉明窗和三角窗的误差比较小,更适合测量该电压信号的频率。
虽然改进的方法的测量精度有很大提高,但是还是受到谐波的很大影响,我们可以采用硬件滤波方式(加入低通滤波器)或者采用数字滤波算法来滤掉谐波。
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