(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010475529.4
(22)申请日 2020.05.29
(71)申请人 国网江苏省电力有限公司江阴市供
电分公司
地址 214499 江苏省无锡市江阴市澄江街
道人民中路191号
双良节能系统股份有限公司
(72)发明人 管俊 邵灵芝
(51)Int.Cl.
G01R 25/02(2006.01)
G01R 23/163(2006.01)
(54)发明名称
基于TLS-ESPRIT算法的配电网同步相量测
量方法
(57)摘要
本发明一种基于TLS ‑ESPRIT算法的配电网
率同步采样下的TLS ‑ESPRIT计算；步骤2、统一时 序与数据窗首采样点时间偏差测量；步骤3、时间
偏差对应相角偏差计算；步骤4、TLS ‑ESPRIT计算
相角修正；步骤5、相角补偿模块；本发明一种基
于TLS ‑ESPRIT算法的配电网同步相量测量方法，
其能够有效的解决测量节点频率漂移的问题。权利要求书1页 说明书5页 附图2页CN 111880004 A 2020.11.03
C N 111880004
A
1.一种基于TLS -ESPRIT算法的配电网同步相量测量方法，其特征在于：所述方法步骤为：
步骤1、频率同步采样下的TLS -ESPRIT计算；同步相量测量装置的数据处理部分首先根据统一时序的到来作为TLS -ESPRIT数据窗开始标记，以此开始记录采样点个数，当数据窗内采满点数N/2时，以此N/2点采样值做TLS -ESPRIT计算，设相量计算幅值和相角结果分别为A esp 和由于相量幅值与时间偏差关系不大，只对计算相角做修正；其中，N为自定义的正整数； 步骤2、统一时序与数据窗首采样点时间偏差测量；统一时序一方面作为TLS -ESPRIT数据窗开始标志，另一个用途是作为误差修正的采样时间值的读取，即统一时序到来时，数据处理部分读取由本地时钟对采样脉冲标记的紧跟统一时序到来采样点时间值t 2及统一时序时间值mT，由公式Δt＝t 2-mT计算时间偏差Δt；
步骤3、时间偏差对应相角偏差计算；
计算公式如下：
其中，f s 为同步采样频率，由自适应频率跟踪单元生成；N为周期采样点数；
步骤4、TLS -ESPRIT计算相角修正，设被测信号基波每周期采样点数为N，设统一时序实际相角
则统一时序修正相角如下：
用修正结果替换TLS -
ESPRIT直接的计算结果
步骤5、相角补偿模块；
频率同步采样统一时序相量计算值修正法的基本思想是通过一定软、硬件方法，精确测量统一时序时刻与相量的计算相角对应时刻即TLS -ESPRIT计算数据窗采样点采样时刻的时间差，消除不同步引起的相角误差，从而得到统一时序对应时刻的真实相角值。
权 利 要 求 书1/1页CN 111880004 A
基于TLS-ESPRIT算法的配电网同步相量测量方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种配电网同步相量测量方法，尤其是涉及一种基于 TLS-ESPRIT算法的配电网同步相量测量方法。
背景技术
[0002]配电网与输电网在网络结构、结构稳定性、三相平衡及负荷状况等方面有很大的不同。如在网络结构特点上，配电网相比于输电网虽然有着节点众多的问题，但是配电网各节点呈区域性集中的特性，不同于输电网中节点之间的长距离分布；同时配电网网络拓扑又有着多变性的特点。这就导致无论是全网GPS硬件同步还是以太网同步相量测量技术均不适宜于配电网中的应用。配电网同步相量测量装置应具有以下特点和优势：低成本、高组网及安装灵活性、高供电便利性及可靠性。
[0003]同步相量测量装置(Phasor Measurement Unit，PMU)的应用，使大规模互联网的实时监测成为可能，为大规模互联电网的监测和分析带来了极大的便利。PMU的动态性能十分重要，但在实际中电网电压的幅值、频率和相角难以保持恒定，因此PMU始终需要测量动态信息。当电网发生低频振荡、频率偏
移等故障时，如果对电流、电压估计不准确，有可能造成对电网潮流的错误估计，从而导致对电网状态的错误判断和对电网故障的错误分析，引起错误调度，影响电网的安全稳定运行。随着分布式电源大规模接入电网，电网中的干扰因素会不断增多，动态测量对电力系统的意义会愈发显著。
[0004]相量测量方法是PMU动态监测的核心；现阶段，实际中主要采用的相量测量算法是离散傅里叶变换相量估计法，DFT可以准确测量静态相量的幅值和频率，但DFT测量动态相量时效果会明显变差。因此，动态相量测量方法还很不成熟，如何能够准确、实时的测量动态相量仍需要深入研究。只有这样才能提高PMU实际测量的准确性，满足大型互联电网测量分析的实际需要。
[0005]同步相量测量时的相量计算中最常用的是离散傅里叶变换法，其对应的采样方式分为等时间间隔采样方式和等相位间隔采样方式两种，其中前者存在着采样数据窗不完整或者过多的频谱泄露问题，而后者又会出现计算相量与同步时标不统一的问题。[0006]当电网发生重大稳定故障或者严重不正常工况下运行时，电网频率会发生严重的漂移，尤其是配电网处在电力系统的末端，直接面向用户，随着近年来越来越多的DG的不断接入，测量节点处的频率漂移更加明显。因此，亟需一种能够克服上述问题的新的测量方法。
发明内容
[0007]本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于TLS-ESPRIT算法的配电网同步相量测量方法，
其能够有效的解决测量节点频率漂移的问题。
[0008]本发明的目的是这样实现的：
[0009]一种基于TLS-ESPRIT算法的配电网同步相量测量方法，所述方法步骤为：
[0010]步骤1、频率同步采样下的TLS-ESPRIT计算；同步相量测量装置的数据处理部分首先根据统一时序的到来作为TLS-ESPRIT数据窗开始标记，以此开始记录采样点个数，当数据窗内采满点数N/2时，以此 N/2点采样值做TLS-ESPRIT计算，设相量计算幅值和相角结果
分别为 A esp和由于相量幅值与时间偏差关系不大，只对计算相角做修正；其
中，N为自定义的正整数；
[0011]步骤2、统一时序与数据窗首采样点时间偏差测量；统一时序一方面作为TLS-ESPRIT数据窗开始标志，另一个用途是作为误差修正的采样时间值的读取，即统一时序到来时，数据处理部分读取由本地时钟对采样脉冲标记的紧跟统一时序到来采样点时间值t2及统一时序时间值 mT，由公式Δt＝t2-mT计算时间偏差Δt；
[0012]步骤3、时间偏差对应相角偏差计算；计算公式如下：
[0013]
[0014]其中，f s为同步采样频率，由自适应频率跟踪单元生成；N为周期采样点数。[0015]步骤4、TLS-ESPRIT计算相角修正，设被测信号基波每周期采样点数为N，设统一时
序实际相角则统一时序修正相角如下：
[0016]
[0017]用修正结果替换TLS-ESPRIT直接的计算结果
[0018]步骤5、相角补偿模块；
[0019]频率同步采样统一时序相量计算值修正法的基本思想是通过一定软、硬件方法，精确测量统一时序时刻与相量的计算相角对应时刻即 TLS-ESPRIT计算数据窗采样点采样时刻的时间差，消除不同步引起的相角误差，从而得到统一时序对应时刻的真实相角值。[0020]与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0021]本发明将整个配电网同步相量测量系统拆分为一个二级分层网络，即整个测量系统按测量节点地域分布被分成多个子网；其中各子网一起构成测量系统的一级主网络；而子网内各测量节点构成测量系统的二级次网络，而子网根据规模大小，可以根据无线通讯方式采用多跳的方式进一步分层，从而消除测量节点处的频率漂移对测量的影响。
附图说明
[0022]图1为本发明一种基于TLS-ESPRIT算法的配电网同步相量测量方法的示意图。[0023]图2为常规的基于TLS-ESPRIT算法的同步相量测量方法流程图。
[0024]图3为统一时序与TLS-ESPRIT数据窗采样时刻不同步相角计算误差分析。
具体实施方式
[0025]参见图1～3，本发明涉及的一种基于TLS-ESPRIT算法的配电网同步相量测量方
法，所述方法步骤为：
[0026]步骤1、频率同步采样下的TLS-ESPRIT计算；同步相量测量装置的数据处理部分首先根据统一时序的到来作为TLS-ESPRIT数据窗开始标记，以此开始记录采样点个数，当数据窗内采满点数N/2时，以此 N/2点采样值做TLS-ESPRIT计算，设相量计算幅值和相角结果
分别为 A esp和由于相量幅值与时间偏差关系不大，只对计算相角做修正；其
中，N为自定义的正整数；
[0027]步骤2、统一时序与数据窗首采样点时间偏差测量；统一时序一方面作为TLS-ESPRIT数据窗开始标志，另一个用途是作为误差修正的采样时间值的读取，即统一时序到来时，数据处理部分读取由本地时钟对采样脉冲标记的紧跟统一时序到来采样点时间值t2及统一时序时间值 mT，由公式Δt＝t2-mT计算时间偏差Δt；
[0028]步骤3、时间偏差对应相角偏差计算；计算公式如下：
[0029]
[0030]其中，f s为同步采样频率，由自适应频率跟踪单元生成；N为周期采样点数。[0031]步骤4、TLS-ESPRIT计算相角修正，设被测信号基波每周期采样点数为N，设统一时
序实际相角则统一时序修正相角如下：
[0032]
[0033]用修正结果替换TLS-ESPRIT直接的计算结果
[0034]步骤5、相角补偿模块；
[0035]频率同步采样统一时序相量计算值修正法的基本思想是通过一定软、硬件方法，精确测量统一时序时刻与相量的计算相角对应时刻即 TLS-ESPRIT计算数据窗采样点采样时刻的时间差，消除不同步引起的相角误差，从而得到统一时序对应时刻的真实相角值。[0036]详细的讲：
[0037]常规的TLS-ESPRIT算法的同步相量测量方法为：
[0038]根据观测数据序列x(0),x(1),…,x(N-1)构成Hankel数据矩阵
[0039]
[0040]式中：L＞p，M＞p，L+M-1＝N，
[0041]对矩阵进行奇异值分解：
[0042]
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