一种基于宽频测量的功率平衡校验方法及装置

技术领域

本发明涉及变电站监测相关技术领域，尤其涉及一种基于宽频测量的功率平衡校验方法及装置。

背景技术

目前变电站内功率平衡的校验有两种方法，一是基于测控装置的遥测数据进行功率平衡校验，二是基于电能量采集装置进功率平衡校验。这两种方法都存在一个共同的缺陷，就是数据的计算、上送、时标均是非同步的，多台装置间的原始上送数据无法形成统一的时间断面数据，从而导致只能以某一个装置的数据时刻为基准，其他装置对该时刻进行插值估算数据，在系统负荷变化较大的时间段内，功率平衡的计算误差较大，容易超出考核指标。

图1中示出了基于非实时动态监测系统下功率平衡计算示意图，非实时动态监测系统的终端采集测量装置如“测控装置”、“电能质量监测装置”等，其上送数据的策略为周期上送加突变上送，多台装置间数据的时序如图1所示。因此，挑选任意时刻计算功率平衡时，大概率出现多数装置的数据找不到选定时刻的真值，需要使用前后数据进行插值估算，由此得到的功率平衡计算结果必然存在较大误差。

目前具有统一时间断面的电力系统动态监测系统只有基于同步相量测量装置(Phasor Measurement Unit，PMU)的WAMS系统，该系统解决了不同装置的计算、时标的同步问题，但是同步相量测量装置主要用于分析系统振荡等稳定性问题，其计算的上送数据均为基波数据，且对谐波的抑制有较高的要求，所以其数据虽然能形成统一的时间断面，但是因为无法叠加谐波能量，故不能正确反应实际系统的功率传输情况。图2示出了基于同步相量测量装置(PMU)的功率平衡计算示意图，在基于同步相量测量装置(PMU)的实时动态监测系统下，各装置基于卫星同步使测量数据的计算、上送时标完全一致，且每台装置均1秒等间隔计算100次数据并上送，故以任一装置的任一数据为基准均可在其他装置的数据中找到实际测量的真值，不会出现插值估算造成的误差。但是同步相量测量装置(PMU)上送的数据仅包含基波测量结果，谐波消耗的功率无法计入，最终计算功率平衡时会出现偏差。

由于功率平衡是调度控制中心对变电站安全稳定运行的重要考核指标，所以更高精度的功率平衡计算方法对变电站运维的考核用重要意义。

发明内容

基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于基于同步相量测量的原理，提供了一种基于宽频测量的功率平衡校验方法及装置，增加了谐波和间谐波数据的计算以及上送，使得新增的谐波、间谐波数据和原有的基波数据形成统一的时间断面，从而解决现有WAMS系统中无法反应谐波能量的问题，同时也解决了非同步系统中无法形成统一时间断面的问题。

为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于宽频测量的功率平衡校验方法，包括步骤：

对电信号进行采样并打时间戳，使得每个采样点对应唯一的时标；

每秒钟等间隔进行N次基波数据计算，并进行N次上送，所述N次上送中包括每秒的0时刻；

每秒钟进行1次谐波和间谐波数据计算，在每秒的0时刻进行1次上送；

将所述上送的具有统一时间断面的基波数据、谐波数据和间谐波数据进行叠加计算，并进行功率平衡校验。

进一步的，所述基波数据计算包括DFT计算。

进一步的，所述谐波和间谐波数据计算包括FFT计算。

进一步的，所述N与DFT计算的窗长相关。

进一步的，所述每秒钟进行1次谐波和间谐波数据计算，在每秒的0时刻进行1次上送，包括：

所述谐波和间谐波数据计算在当前时刻为FFT计算所采用的窗尾或窗首为整秒的0时刻时进行计算，并在上传时采用下一个整秒时刻的时标

根据本发明的另一个方面，提供了一种基于宽频测量的功率平衡校验装置，包括采样模块、基波数据计算模块、谐波和间谐波数据计算模块、以及功率平衡校验模块；其中，

所述采样模块，对电信号进行采样并打时间戳，使得每个采样点对应唯一的时标；

所述基波数据计算模块，每秒钟等间隔进行N次基波数据计算，并进行N次上送，所述N次上送中包括每秒的0时刻；

所述谐波和间谐波数据计算模块，每秒钟进行1次谐波和间谐波数据计算，在每秒的0时刻进行1次上送；

所述功率平衡校验模块，将所述上送的具有统一时间断面的基波数据、谐波数据和间谐波数据进行叠加计算，并进行功率平衡校验。

进一步的，所述基波数据计算包括DFT计算。

进一步的，所述谐波和间谐波数据计算包括FFT计算。

进一步的，所述N与DFT计算的窗长相关。

进一步的，所述谐波和间谐波数据计算模块进行谐波和间谐波数据计算，包括：

所述谐波和间谐波数据计算在当前时刻为FFT计算所采用的窗尾或窗首为整秒的0时刻时进行计算，并在上传时采用下一个整秒时刻的时标。

综上所述，本发明提供了一种基于宽频测量的功率平衡校验方法及装置，通过在基于时标计算的基波数据计算中增加谐波和间谐波数据计算，并且基于卫星同步使测量数据的计算、上送时标完全一致，使得功率平衡校验中引入了能够真实反映谐波能量的数据，并且使得用于较验的基波、谐波以及间谐波数据具有统一的时间断面，此时再进行功率平衡校验完全消除了各功率节点数据不同时刻造成的功率平衡计算误差，并且能够全面监测系统较宽频率范围内电压、电流特性，实现事前预估可能的振荡趋势，事中发出振荡告警并追溯振荡源，事后分析振荡原因的功能。

附图说明

图1是基于非实时动态监测系统下功率平衡计算示意图；

图2是基于同步相量测量装置(PMU)的功率平衡计算示意图；

图3是本发明基于宽频测量的功率平衡校验方法的流程图；

图4是本发明基于宽频测量的功率平衡校验方法的数据上送示意图；

图5是本发明基于宽频测量的功率平衡校验装置的构成框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种基于宽频测量的功率平衡校验方法，该方法的流程图如图3所示，包括步骤：

对电信号进行采样并打时间戳，使得每个采样点对应唯一的时标。

每秒钟等间隔进行N次基波数据计算，并进行N次上送，所述N次上送中包括每秒的0时刻，可以采用DFT计算进行基波数据计算，N与传输带宽相关，例如可以为N＝100。数据计算次数主要受传输带宽限制。一般从应用角度讲每秒计算次数越多越好，但是计算次数越多数据流量越大，对于大系统的主站收集数据就不利。所以一般实际工程应用时的每秒数据次数是低于装置计算的最大能力的。目前，DL/T 280等相关标准中要求的最大能力是每秒100次。实际工程中，一般只有就地站内是使用的100Hz计算频率，出站向主站传输一般都会降速到50Hz甚至更低以适应调度数据网的带宽限制。

每秒钟进行1次谐波和间谐波数据计算，在每秒的0时刻进行1次上送，可以采用FFT计算进行谐波和间谐波数据计算。谐波和间谐波数据计算在当前时刻为FFT计算所采用的窗尾或窗首为整秒的0时刻时进行计算，并在上传时采用下一个整秒时刻的时标。采用FFT进行谐波和间谐波数据计算之后，可以根据精度和应用的需求再做补偿，或者加窗运算。

将所述上送的具有统一时间断面的基波数据、谐波数据和间谐波数据进行叠加计算，并进行功率平衡校验。

本实施例提供的方法在计算、时标处理时沿用同步相量的方法，依赖于GPS/北斗时钟的同步功能，使新增的谐波、间谐波数据和原有的基波数据形成统一的时间断面，从而解决现有WAMS系统中无法反映谐波能量的问题，同时也解决了非同步系统中无法形成统一时间断面的问题。故此方法通过提高采样率，以覆盖更高的频谱范围，计算基波、谐波和间谐波数据，对统一时间断面的基波、谐波、间谐波数据进行叠加计算，此时再进行功率平衡校验完全消除了各功率节点数据不同时刻造成的功率平衡计算误差。

由于基波相量使用DFT计算，谐波、间谐波频谱分析需要使用FFT计算，所以基波数据与谐波、间谐波数据的响应时间存在较大差异，需要在计算端进行对齐处理。因为基波数据按照规范要求必须包含整秒0时刻的断面，所以谐波、间谐波在当前时刻为窗尾或窗首刚好为一个整秒0时刻时进行计算，时标使用下一个整秒时刻的时标，这样基波数据与谐波数据在同一时间断面具有一个固定的延迟为整1秒，或整2秒，该固定的延迟取决于所采用的FFT数据窗取0.64秒还是1.28秒。将采样点输入算法计算窗时也可以精准的推算出计算结果对应的时标。比如对于DFT和FFT，窗首对应的采样点时刻就是计算结果对应的时刻。不同的数据计算需要的窗长是不一定的，比如基波使用DFT计算，窗长就短；谐波、间谐波使用FFT算，窗长就长。他们的上送速率(刷新率)也就不同。目前按照GB/T 26865.2基波是每秒最大上送100次，每10ms一次，且必须包含0时刻。所以谐波间谐波，可以每秒的0时刻计算1次，且计算的是0时刻采样点划出的计算窗的数据。这样每个整秒0时刻对应的谐波、间谐波、基波都有准确对应的有效值数据。谐波、间谐波的数据窗虽然每1秒计算1次，但是计算窗可以设置超过1秒，这样无非是有部分数据重复计算，增加资源消耗而已。增长计算窗可以提高频率的分辨率，同时增加一次计算的耗时，一般根据需求设置在一个平衡点上。

图4示出了采用本实施例提供的功率平衡校验方法的数据上送的示意图，不同装置间基于卫星时间同步，数据上送数据的计算时刻以及上送时标完全一致。图4中，基波数据每秒等间隔计算100次并上送100次，谐波数据每秒计算1次上送1次，且基波数据和谐波数据均在整秒时刻有1次计算和上送。因此，在每个整秒时刻所有装置均有真实测量的数据上送，基于此数据进行功率平衡计算可以完全消除插值带来的误差。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种基于宽频测量的功率平衡校验装置，该装置的构成框图如图5所示，包括采样模块、基波数据计算模块、谐波和间谐波数据计算模块、以及功率平衡校验模块。

采样模块，对电信号进行采样并打时间戳，使得每个采样点对应唯一的时标；

基波数据计算模块，每秒钟等间隔进行N次基波数据计算，并进行N次上送，所述N次上送中包括每秒的0时刻，基波数据计算可以采用DFT计算，其中，N与DFT计算的窗长相关。

谐波和间谐波数据计算模块，每秒钟进行1次谐波和间谐波数据计算，在每秒的0时刻进行1次上送，谐波和间谐波数据计算可以采用FFT计算。所述谐波和间谐波数据计算在当前时刻为FFT计算所采用的窗尾或窗首为整秒的0时刻时进行计算，并在上传时采用下一个整秒时刻的时标

功率平衡校验模块，将所述上送的具有统一时间断面的基波数据、谐波数据和间谐波数据进行叠加计算，并进行功率平衡校验。

综上所述，本发明涉及一种基于宽频测量的功率平衡校验方法及装置，通过在基于时标计算的基波数据计算中增加谐波和间谐波数据计算，并且基于卫星同步使测量数据的计算、上送时标完全一致，使得功率平衡校验中引入了能够真实反映谐波能量的数据，并且使得用于较验的基波、谐波以及间谐波数据具有统一的时间断面，此时再进行功率平衡校验完全消除了各功率节点数据不同时刻造成的功率平衡计算误差，并且能够全面监测系统较宽频率范围内电压、电流特性，实现事前预估可能的振荡趋势，事中发出振荡告警并追溯振荡源，事后分析振荡原因的功能。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。