本发明涉及电力系统广域监测及控制技术领域，尤其涉及一种电力系统次同步和超同步振荡频率辨识方法。
背景技术：
次同步振荡是影响电力系统正常运行甚至危及电力系统运行安全的重要事件之一。在传统电力系统中，次同步振荡主要是有电气系统的电气功率与发电机轴系机械之间的振荡。而在现代电力系统中，次同步振荡主要是大规模接入的风力、光伏发电与相连电网之间的振荡。次同步振荡事件中，机电耦合效应可能导致发电机轴系或变速系统的严重损坏。因此，电力系统次同步振荡需要通过有效手段进行监测及抑制。
电力系统发生次同步振荡事件时，电力系统的电压、电流信号中在额定频率的基波分量的基础上会出现低于电力系统额定频率的次同步振荡分量和大于额定频率小于二倍额定频率的超同步分量。一方面，次同步分量和超同步分量往往成对出现，即一个次同步分量对应一个超同步分量，两者的频率之和等于二倍额定频率；另一方面，电力系统中可能出现多对次同步和超同步分量。
同步相量测量技术的出现为次同步振荡的监测提供了同步测量信息，为次同步振荡问题的分析提供了数据支撑。但是，目前电力系统同步测量测量系统提供的同步相量数据采样频率为二倍额定频率，这导致如果直接使用同步相量幅值进行频谱分析，根据采样定理，则只能分辨出次同步振荡分量的频率而不能分辨出超同步分量的频率；同时受到频谱混叠的影响，如果同时存在两个次同步分量，则一个分量的高次谐波可能与另一个分量的频谱混叠而导致仅能有效分辨出单一的次同步分量频率。
技术实现要素：
本发明的实施例提供了一种多媒体通信系统中的资源管理方法，用于解决现有技术中存在的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种电力系统次同步和超同步振荡频率辨识方法，包括：
从电力系统同步相量数据中选取用于次同步和超同步振荡频率辨识的同步相量数据序列；
针对同步相量数据序列进行复数域离散傅里叶变换频谱分析，获得复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集，该复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集包括一个零频率相量、以及多对正频率相量、负频率相量；
基于该多对正频率相量、负频率相量，通过多次计算获得次同步振荡中的次同步分量目标频率和超同步分量目标频率。
优选地，同步相量数据序列包括：基波分量相量、次同步分量相量和超同步分量相量；
其中，fs为同步相量数据的采样频率，fs＝2f0，变量a1,b1,a2,b2,α1,k,α2,k,β1,k,β2,k,φk,sub,φk,sup,θ2,θ2′,θ3,θ3′为间接变量。
优选地，针对同步相量数据序列进行复数域离散傅里叶变换频谱分析，获得复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集包括：
针对同步相量数据序列进行复数域离散傅里叶变换频谱分析通过如下公式
获得复数域离散傅里叶变换频谱分析结果
通过如下公式
获得次同步分量相量复数域离散傅里叶变换频谱分析结果
通过如下公式
获得超同步复分量相量复数域离散傅里叶变换频谱分析结果
复数域离散傅里叶变换频谱分析中的m与结果相量频率f的对应关系为
公式(6)、(7)中
基于公式(6)、(7)的取值范围，获得
基于公式(9)获得pα1(m)、pβ1(m)、pα2(m)和pβ2(m)对应频率的求解公式
基于公式(10)，获得：pα1(m)对应频率为正频率f0-fsub、pβ1(m)对应的频率为负频率fsub-f0、pα2(m)对应的频率为负频率f0-fsup，pβ2(m)对应的频率为正频率fsup-f0；
由于一对次同步分量与超同步分量的频率满足fsub fsup＝2f0，将pα1(m)与pβ2(m)相对应的频率相重叠获得同步相量数据序列复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集中的正频率相量，该正频率相量相对应的频率为f ；
将pβ1(m)与pα2(m)相对应的频率相重叠获得同步相量数据序列复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集中的负频率相量，该负频率相量相对应的频率为f-。
优选地，基于该多对正频率相量与负频率相量，通过计算获得次同步振荡中的次同步分量目标频率和超同步分量目标频率包括：
基于同步相量数据序列复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集中的正频率相量对应的频率f ＝f0-fsub或f ＝fsup-f0，获得：
次同步分量目标频率fsub为额定频率f0与正频率相量频率f 之差，fsub＝f0-f ；
超同步分量的频率fsup为额定频率f0与正频率相量频率f 之和，fsup＝f0 f 。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明提供的一种电力系统次同步和超同步振荡频率辨识方法，以同步相量为对象使用复数域的离散傅里叶变换进行频谱分析，相比较于现有技术中使用同步相量幅值进行频谱分析而仅能得到次同步振荡频率而不能得到超同步振荡频率的缺点，本发明提供的方法仅使用已有的二倍额定频率同步相量即可辨识出二倍额定频率以内的次同步分量和超同步分量的频率。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种电力系统次同步和超同步振荡频率辨识方法的第一种实施例的处理流程图；
图2为本发明提供的一种电力系统次同步和超同步振荡频率辨识方法的第一种实施例的具体流程图；
图3为本发明提供的一种电力系统次同步和超同步振荡频率辨识方法的另一个实施例的处理流程图；
图4为本发明提供的一种电力系统次同步和超同步振荡频率辨识方法的另一个实施例中的同步相量取值示意图；
图5为本发明提供的一种电力系统次同步和超同步振荡频率辨识方法的另一个实施例中的同步相量幅值的波形图；
图6为本发明提供的一种电力系统次同步和超同步振荡频率辨识方法的另一个实施例中的同步相量相角的波形图；
图7为使用了本发明提供的一种电力系统次同步和超同步振荡频率辨识方法所或取的次同步分量和超同步分量的频率的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
参见图1和2，本发明提供的一种电力系统次同步和超同步振荡频率辨识方法，包括如下步骤：
从电力系统同步相量数据中选取用于次同步和超同步振荡频率辨识的同步相量数据序列；
针对同步相量数据序列进行复数域离散傅里叶变换频谱分析，获得复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集，该复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集包括一个零频率相量、以及多对正频率相量、负频率相量；
基于该多对正频率相量、负频率相量，通过多次计算获得次同步振荡中的次同步分量目标频率和超同步分量目标频率。
其中，复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集的多对正频率相量、负频率相量由与之相对应的电力系统次同步分量和超同步分量，共同产生，其中的次同步分量频率与超同步分量的频率之和为二倍电力系统额定频率，导致成对出现的正频率相量与负频率相量的频率互为相反数。
进一步的，在一些优选实施例中，在上述第一针对电压或电流信号的瞬时值进行采样；在本发明提供的实施例中，对电压或电流信号的瞬时值进行采样的原理为：设一个含有基波分量、次同步分量和超同步分量的电压或电流信号的瞬时值为x(t)，则有如下公式
x(t)＝x0cos(2πf0t φ0) xsubcos(2πfsubt φsub) xsupcos(2πfsupt φsup)(1)，
其中，x0，f0，φ0为基波分量的幅值、频率和相位；xsub，fsub，φsub为次同步分量的幅值、频率和相位；xsup，fsup，φsup为超同步分量的幅值、频率和相位。
相量测量单元对电压或电流信号的瞬时值为x(t)进行采样后，进行快速傅里叶变换，计算出同步相量数据序列，具体通过如下公式
其中，
由于快速傅里叶变换是线性变换，因此含有基波分量、次同步分量和超同步分量的瞬时值计算得到的同步相量将同时包含基波分量相量，次同步分量相量，超同步分量相量，即
由于同步相量数据的上传频率为基波频率的二倍，则每次同步相量计算的时间间隔为额定周期的一半。以50hz电力系统为例，同步相量数据的上传频率为100hz，每次同步相量计算的时间间隔为10ms。由于计算基波相量的快速傅里叶变换的数据窗为一个额定频率对应的完整周期，因此采用的数据窗是移动数据窗，这个数据窗由前一半的旧采样数据和后一半的新采样拼接而成。以50hz电力系统为例，一次同步相量计算将使用10ms的旧采样数据和10ms的新采样数据拼接而成的移动数据窗。
使用这种移动数据窗将导致基波相量的相位间隔地出现π的误差，需要进一步修正，因此在本实施例中，通过如下公式分别计算同步相量数据序列中的次同步分量相量，
以及，超同步分量相量，
其中，其中，fs为同步相量数据的采样频率，fs＝2f0，变量a1,b1,a2,b2,α1,k,α2,k,β1,k,β2,k,φk,sub,φk,sup,θ2,θ2′,θ3,θ3′是为了方便表示设置的间接变量，
α1,k＝φk,sub (n-1)θ2,α2,k＝φk,sup (n-1)θ2′,
β1,k＝φk,sub-(n-1)θ3,β2,k＝φk,sup-(n-1)θ3′,。
更进一步的，上述的针对同步相量数据序列进行复数域离散傅里叶变换频谱分析，获得复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集包括：如下子步骤：
针对同步相量数据序列进行复数域离散傅里叶变换频谱分析，同步相量数据序列即为
由于复数域离散傅里叶变换是线性变换，因此可以将次同步分量相量和超同步分量相量分别进行分析；
通过如下公式
获得次同步分量相量复数域离散傅里叶变换频谱分析结果
通过如下公式
获得超同步复分量相量复数域离散傅里叶变换频谱分析结果
根据已知复数域离散傅里叶变换频谱分析原理，复数域离散傅里叶变换频谱分析中的m与结果相量频率f的对应关系为
当上述公式(6)和(7)中的m的取值满足在
由于次同步分量和超同步分量包括在同步相量内，所以将同一时刻的
由于电力系统次同步振荡中的次同步分量与超同步分量往往成对出现，一对次同步分量与超同步分量的频率满足fsub fsup＝2f0，因此，因此一对次同步分量与超同步分量将共同产生一对包含一个正频率的相量结果和一个负频率的相量结果；即在本实施例中，同一时刻的次同步分量相量复数域离散傅里叶变换频谱分析结果和超同步复分量相量频域离散傅里叶变换频谱分析结果还分别包括：正频率次同步相量结果和负频率次同步相量结果，正频率超同步相量结果和负频率超同步相量结果。
针对同一时刻的一对次同步分量和超同步分量，考虑到公式(6)和(7)中变量的取值范围：
基于公式(6)、(7)和(8)的取值范围，获得
基于公式(9)进一步获得pα1(m)、pβ1(m)、pα2(m)和pβ2(m)对应频率的求解公式
基于公式(10)，获得：pα1(m)对应频率为正频率f0-fsub、pβ1(m)分量对应的频率为负频率fsub-f0、pα2(m)分量对应的频率为负频率f0-fsup，pβ2(m)分量对应的频率为正频率fsup-f0；
将pα1(m)与pβ2(m)相对应的频率相重叠获得同步相量数据序列复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集中的正频率相量，该正频率相量相对应的频率为f ；
将pβ1(m)与pα2(m)相对应的频率相重叠获得同步相量数据序列复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集中的负频率相量，该负频率相量相对应的频率为f-。
由于成对出现的次同步分量频率fsub与超同步分量频率fsup之间存在fsub fsup＝2f0关系，故pα1(m)与pβ2(m)频率相同而重叠成为同步相量数据序列复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集中的正频率相量，频率为f ；pβ1(m)分量与pα2(m)分量频率相同而重叠成为同步相量数据序列复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集中的负频率相量，频率为f-。
针对复数域离散傅里叶变换频谱分析的结果中的l对相量分别计算对应的次同步分量与超同步分量的频率，即可得到次同步振荡事件中所有次同步分量和超同步分量的频率。
进一步的，上述的基于该多对正频率相量与负频率相量，通过多次计算获得次同步振荡中的次同步分量目标频率和超同步分量目标频率包括：
次同步分量频率为额定频率与复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集中的正频率相量频率之差，超同步分量频率为额定频率与复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集中的正频率相量频率之和。
具体为，基于同步相量数据序列复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集中的正频率相量对应的频率f ＝f0-fsub或f ＝fsup-f0，获得：
次同步分量目标频率fsub为额定频率f0与正频率相量频率f 之差，fsub＝f0-f ；
超同步分量的频率fsup为额定频率f0与正频率相量频率f 之和，fsup＝f0 f 。
本发明还提供一种实施例，用于示例性地显示应用本发明的方法进行频率识别：
本发明提供的一种电力系统次同步和超同步振荡频率辨识方法，如图3所示包括如下步骤：
s1获取电压或电流信号的瞬时值并进行快速傅里叶变换，获得同步相量数据序列；
在该步骤中，设瞬时值x(t)中包含5种成分，分别为：幅值100，频率50hz的基波分量；幅值20，频率10hz的第一个次同步分量；幅值30，频率90hz的第一个超同步分量；幅值40，频率20hz的第二个次同步分量；幅值30，频率80hz的第二个超同步分量数据序列；
该瞬时值对应的同步相量如图3所示，该同步相量的幅值如图5所示，该同步相量的相角如图6所示。需要注意的是，为了清晰表达，这三个图仅取了0到1秒内的同步相量，而实际的复数域离散傅里叶变换频谱分析使用的是0到10秒内的同步相量数据序列，即复数域离散傅里叶变换频谱分析的数据窗长度为10秒；
s2对图4所示的同步相量数据序列进行复数域离散傅里叶变换频谱分析；
s3频谱分析结果得到了如图7所示的结果，其中包括了2对相量及对应频率，以及对应基波相量。具体结果为：即，基波相量结果对应频率为0hz的相量，第一对相量结果是频率为-30hz和频率为30hz的结果相量，第二对相量结果是频率为-40hz和频率为40hz的结果相量；
s4根据次同步分量的频率即为额定频率与复数域离散傅里叶变换频谱分析的结果中的正频率之差，而超同步分量的频率为额定频率与复数域离散傅里叶变换频谱分析的结果中的正频率之和，可以得到如下结果：第一对频率为-30hz和频率为30hz的结果相量对应的次同步振荡与超同步振荡的频率分别为20hz和80hz，第二对频率为-40hz和频率为40hz的结果相量对应的次同步振荡与超同步振荡的频率分别为10hz和90hz。
以上结果与原始瞬时值中的各个分量的频率完全一致，证明了本发明方法的有效性。
综上所述，本发明提供的一种电力系统次同步和超同步振荡频率辨识方法，以同步相量为对象使用复数域的离散傅里叶变换进行频谱分析，相比较于现有技术中使用同步相量幅值进行频谱分析而仅能得到次同步振荡频率而不能得到超同步振荡频率的缺点，本发明提供的方法仅使用已有的二倍额定频率同步相量即可辨识出二倍额定频率以内的次同步分量和超同步分量的频率。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
1.一种电力系统次同步和超同步振荡频率辨识方法，其特征在于，包括：
从电力系统同步相量数据中选取用于次同步和超同步振荡频率辨识的同步相量数据序列；
针对所述同步相量数据序列进行复数域离散傅里叶变换频谱分析，获得复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集，该复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集包括一个零频率相量、以及多对正频率相量、负频率相量；
基于该多对正频率相量、负频率相量，通过多次计算获得次同步振荡中的次同步分量目标频率和超同步分量目标频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述同步相量数据序列包括：基波分量相量、次同步分量相量和超同步分量相量；
其中，fs为同步相量数据的采样频率，fs＝2f0，变量a1,b1,a2,b2,α1,k,α2,k,β1,k,β2,k,φk,sub,φk,sup,θ2,θ2′,θ3,θ3′为间接变量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的针对所述同步相量数据序列进行复数域离散傅里叶变换频谱分析，获得复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集包括：
针对所述同步相量数据序列进行复数域离散傅里叶变换频谱分析通过如下公式
获得复数域离散傅里叶变换频谱分析结果
通过如下公式
获得次同步分量相量复数域离散傅里叶变换频谱分析结果
通过如下公式
获得超同步复分量相量复数域离散傅里叶变换频谱分析结果
复数域离散傅里叶变换频谱分析中的m与结果相量频率f的对应关系为
公式(6)、(7)中
基于公式(6)、(7)的取值范围，获得
基于公式(9)获得pα1(m)、pβ1(m)、pα2(m)和pβ2(m)对应频率的求解公式
基于公式(10)，获得：pα1(m)对应频率为正频率f0-fsub、pβ1(m)对应的频率为负频率fsub-f0、pα2(m)对应的频率为负频率f0-fsup，pβ2(m)对应的频率为正频率fsup-f0；
由于一对次同步分量与超同步分量的频率满足fsub fsup＝2f0，将pα1(m)与pβ2(m)相对应的频率相重叠获得所述同步相量数据序列复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集中的正频率相量，该正频率相量相对应的频率为f ；
将pβ1(m)与pα2(m)相对应的频率相重叠获得所述同步相量数据序列复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集中的负频率相量，该负频率相量相对应的频率为f-。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的基于该多对所述正频率相量与负频率相量，通过计算获得次同步振荡中的次同步分量目标频率和超同步分量目标频率包括：
基于所述同步相量数据序列复数域离散傅里叶变换频谱分析结果集中的正频率相量对应的频率f ＝f0-fsub或f ＝fsup-f0，获得：
所述次同步分量目标频率fsub为额定频率f0与正频率相量频率f 之差，fsub＝f0-f ；
超同步分量的频率fsup为额定频率f0与正频率相量频率f 之和，fsup＝f0 f 。
技术总结