同步相量及数字信号处理技术，量测相量数据的间谐波分量还原方法

近年来，风能和太阳能等新能源技术的飞速发展，电力电子设备在电 中得到了大量应用。大规模新能源的接入为电 注入了大量间谐波，这些间谐波的存在会引发诸如次同步振荡等问题，为系统的稳定性带来了新的挑战。自2015年7月起，我国西部某新能源汇集地区多次发生次同步振荡现象，给当地的生产生活带来了严重影响。该次同步振荡的形成机理与传统电力系统不一致，而是由于大量新能源汇集引入的次同步谐波造成的，这就使得传统的次同步振荡监测、分析、保护与控制方法不再适用。因此，开发新的次同步谐波监测技术成为急需解决的课题。如今在我国220kV及以上变电站均安装有相量测量单元(Phasor Measurement Unit，PMU)，这为基于PMU的次同步谐波监测技术提供了可能性。

PMU的应用对电力系统的量测技术带来了革命性的变革。PMU除了可提供同步相量测量外，其高精度及高速的上传频率的优点，亦成为其在动态安全监控中广泛地作为相量数据源的原因。随着PMU设备在电力系统中的普及，各种基于PMU量测数据的应用也随之产生，例如低频振荡检测、参数辨识和模型验证等等。同时，随着PMU的相关国际标准和国内标准的发布，例如2011年的发布了PMU标准IEEE C37.118.1，相关研究者为了提高PMU的量测精度，也开展了有关研究，尤其是许多新的算法相继提出以提高PMU的动态量测性能。

也就是说，目前在电力系统中存在间谐波的情况下，已经能够基于PMU测量技术准确地测量出相应的相量。但是，目前通过PMU量测数据分析系统中存在的间谐波的相关研究还很少，尽管有关文献分析了系统中间谐波的存在对PMU相量数据的影响，但并未有相关文献涉及对间谐波相量的还原算法进行论述和研究。即目前仍缺乏对PMU量测数据中存在的间谐波的研究分析，从而影响了对电力系统的间谐波的监测。

问题拆分

包括：对相量测量单元PMU测量获得的量测相量数据的复数相量序列进行频谱分析，得到次同步谐波频率和超同步谐波频率；根据所述次同步谐波频率和超同步谐波频率，结合所述量测相量数据的实部序列和虚部序列构建多元线性方程组，并根据构建的多元线性方程组求解确定所述量测相量数据的间谐波分量的幅值。本发明实施例能够准确地分解出系统中的次/超同步谐波分量，并且能较为准确地计算出间谐波的频率和幅值，从而实现对电力系统中存在的间谐波进行有效监测，基于相应的监测结果便于提高电力系统的稳定性。

问题解决

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于量测相量数据的间谐波分量还原方法，包括：

对相量测量单元PMU测量获得的量测相量数据的复数相量序列进行频谱分析，得到次同步谐波频率和超同步谐波频率；

根据所述次同步谐波频率和超同步谐波频率，结合所述量测相量数据的实部序列和虚部序列构建多元线性方程组，并根据构建的多元线性方程组求解确定所述量测相量数据的间谐波分量的幅值。

所述对PMU测量获得的量测相量数据的复数相量序列进行频谱分析的步骤包括：

在预定的时间窗内，通过补零的方式采用快速傅里叶变换FFT进行间谐波频率的计算。

所述预定的时间窗为1秒，所述补零的方式中补零的个数为900。

所述对PMU测量获得的量测相量数据的复数相量序列进行频谱分析的步骤包括：

通过提取频谱特性的包络线，并利用余弦定理提取出间谐波的频率分量，所述包络线是由幅频特性曲线包含的所有频率的极大值连接形成。

所述利用余弦定理提取出间谐波的频率分量的步骤包括：

根据线路噪声及间谐波的幅值大小确定相应的阈值，并根据所述阈值在所述包络线上包含的多个极大值中确定间谐波的频率。

所述构建多元线性方程组的步骤包括：

构建2n+1组如下方程：

其中，R(t)为所述复数相量序列的实部，I(t)为所述复数相量序列的虚部，1≤i≤n，n为所述复数相量序列包含的不同频率的间谐波分量的数量，Ai为超同步信号的幅值，Bi为次同步信号的幅值，为基频信号的初相角，为超同步信号的初相角，θi为次同步信号的初相角，Δfi为超同步信号与基频信号的差值；Ai和Bi为需要求解的间谐波分量的幅值。

所述构建多元线性方程组的步骤包括：

构建2n+2组如下方程：

其中，Δf0表示基频信号的频率偏移量，R(t)为所述复数相量序列的实部，I(t)为所述复数相量序列的虚部，1≤i≤n，n为所述复数相量序列包含的不同频率的间谐波分量的数量，Ai为超同步信号的幅值，Bi为次同步信号的幅值，为基频信号的初相角，为超同步信号的初相角，θi为次同步信号的初相角，Δfi为超同步信号与基频信号的差值；Ai和Bi为需要求解的间谐波分量的幅值。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的一种基于量测相量数据的间谐波分量还原方法，其可以在电力系统中存有间谐波的情况下，基于PMU对电力信号的准确量测结果，能够准确地分解出系统中的次/超同步谐波分量，并且能较为准确地计算出间谐波的频率和幅值，从而实现对电力系统中存在的间谐波进行有效监测，基于相应的监测结果便于提高电力系统的稳定性。而且，本发明实施例提供的技术方案中主要涉及的频谱分析和求解多元线性方程组的问题，使得相应的技术方案编程实现容易，且具有不涉及数据采样及对硬件的要求不高等优点。