电力系统采样频率自适应预测算法

1、维晋资讯 Marell 2005Voi. 2() No,酒南师花学院学报Journal of Weinan Teachers College维晋资讯 维晋资讯 维晋资讯 维晋资讯 朱安福气苏 涛S李云飞“U蓉安电子科技大学电子工程研究所，陕西西安71071渭南师范学院计算机科学系陕西稠南了】I仲加摘 要针对电力泵统中频牢变化导致的数据采集和测±1俣差文章提岀一种对迪力系统进行立流采样的一种自迢 应擱率预测算檢为采用DSP技术准确怙计交流信号的采样频率提供了可行的计冀方医.羔11词：釆样频率；自适应预谓FFT中图分类号1OJ5?文献掠识码山文童编号:0Q95128（201）5）020G

2、3OU3收稿日期芒仙】一】I-】*作者简介：朱安辐门貯2 X男.河南文马人西安电子科技大学硕士研究生主翌研究方向信号与信总业理】苏需 O5ea>.男陕西西安人西安电子科技大学副敎授博士；李云飞19対一）療甘肃槓原人*湄南柿范学院计算机科眷系 讲师*西安电子科技大儒硕士研宛生主要研究方向为信号与信息盤理*我国电力系统中许羞数采集系统的左谥采样频李面疋设假为额迩频率即FP力嘉统频率3011的 整数倍这样斶足釆样定理的采样數据经傅里叶变换后就可计算得到对应頻率的电压、电流及相独逍 但 实际上即便系统正當运行.频率也不固定.而是在50H附近波如 则固定衆样频率下所衆数据必会有- 定偏差不備像证毎

3、周期所采点数为整数倍*使傅里叶变换畀迭所谒出的参数估计址也产主一定谋差*为 了精确测址速些参数'减少频率波动所导致的测址课差.就需婆相应地改变采样频率来消除其影响n事文 介绍的自适应倾测算法能自动预测出肓续周期内电力系统頻率的变化从而计算下一个周期釆样频率“1采样频率自适应调整的重要性快速溥电叶变换（FFT）在电力雜态秦数计算中具冇无比的优越性+所以电力參数采集装慢爭应用 FFT分折电力信号频谱但是便用傅里叶变换时应满定采样定理和斶时间周勒变化的嵯态信号的姿求* 若能够保证数懈窗宽度等于各频率信号周期的整数倍，就能得到精确的佔号频谱/目经在电力系统中的璧 波、谐波的幅值和I或频率逋常足

4、变化的数据窗宽度就不可能总等丁系统频率信昌曲期的罡数倚"产宅 了腿呈泄漏和冊栏效应t在对其进行非同步采样时基滅分皐的频谱泄漏梅严垂彫响邻近的i皆波以及岛次 谐波等谐波分鈕的频谱*产生了谱线干涉现象.从而导致谐波测坦产主很大的谣差"另外电网中奇次谐诜的幅值一般仅为基波分担幅值的百分之几或更小.谐波的测皿情度很难满足工 程的实际要求"为了减小遗种频谱相互泄漏以及栅栏效应带来的泯差*提厲無于FFT的算法计算相应的 电力暮统聲数的精度一定萬保证整周期采样。2采样频率的计算方法及存在的问题整周期導间隔均匀采样.妻求拡测信目周期丁与采样时间闻隔及整周期内采佯点敕N之间满足艾系

5、 式.即】采样频率为被测信号频率的N倍*电力系统中常乘用交流采样频率固定役置为额定頻率£即电力 系统频率50Hz）的整啟倍.或者通过皴相环怯或考过需点检测法得列电力京统频率按曲【"计算深样频 率化=片/然后系统比f.采樂数堀.这样就出现一个问题I采样频率总是用止周期的的或阖定频率与本周期的 值存在一定的误差*这样就不能保证整周期采样.使相应的傅里叶结果也产生一定误誉.圏足含帝柏 同谐波的信号在不同采样频率下得到的悟号频谱*信号的基披幅度都是100.SP含冇2-10次谱派小二 L 2札从圉屮可朝清楚地看出保证采样頻率是答频率信号同期的整数倍时左圉匚匪准确得到倍号的频诸. 苦则

6、造成频谱泄漏格严車形响邻近的谐渡以及高吹谐波等谐波分愷的频谱。国I 不同采样频率的倩号频谱* 则SOHz采禅吻52xN Hz loo r90 -80 -70 BC50 '40302010卜Q J 110200400600eco(Hz)3 采样频率自适应预测为减少因为对怙计不准确所致采样频率的误差自适应预测算法能抿据系统频率変化预厕补偿閘除 其形响，依据上周期值和自适应预测算法得到.利用（2）计算采样频率的孩测值AAf.= N 人<2）燃后系统以2采集数据。自适应预测算法如下屮尼自适应预测步长因子*是自适应预测增赧丿心是第丄周期的电力系统騷 率测垃值*2心是第k周期的电力系统频率预

7、测值忆“+1）是第仏十】个周期的电力系統频率预测值"/"uC + l ） = A（jt）严4 >7"十N 2（上十 115 >A然后系统在第4f + l期内以刀5+1）采集数据”4自适应预测步长“的讨论国家标准规定的电网频率允许備差的基本要求正常允许士 0. 2T-IZ .根据系统容坦可以放宽到土 0- 5Hz；即厶=±0. 紊统正常运行时人应该在（50±0. 5）Hzt为了防止系统频率侦测值在丸Hz岀现 振荡*很小和出现正负改变时，取” = O. 4应随电网频率变化调樂变化慢时严减小变化快时汗增加. 便/；跟踪几同步变化；为保证收

8、敛性应依据电力信号的实际情况和测駄装賈的精麼要茨确定厂上卜 界.5MATLAB仿真结果M设仿点信号口仃）=】M肿in（2jr人r）H i = 100 * zlj= 21 ylj= 2 * j4 1 ； zlj = 1 ； f = f °»f h =* f = 3/"& * f、= 4/ ；,./.=3f、;分别对信号川（/ >以三类采样频率进行采样盂经快速傅里叶变换Xg = FFTS»N） .N = 12& 点。幅度计算公式"h爲IXS） | ；兀是以固定频率（即电力系统频率50Hz>计算7,采样得到的仍真结果： A

9、,是以用上周期的频率值A计葬?采样得到的仿真结果“I以自适应预测算法计算/,釆样得到的仿耳 结果表】各种采样频率的性能比较表周期号12315678I)1()LCHz)1 9. 049. 119+ 219. 19. 549. 719. 849. Hfltj. u3u. 0f<H«>919. 0)9. I19. 219. <14 $. jHi. 71$L SHWD【】f < Hz)HL 019, I19, 219. 319. 5-19. 7i9. 9U). H二亿1 DO. 82100. 751 0(). 67100, 51100.431 00. 26lOi).

10、18H>* 门"1 01'l r H j99. 9099. 9199. yi眇8299. »J99. 82y$J. 9199. 9 1叽9 1 (Hif/bIQOEGO10099. 9 J(1000l). 09Itiu1 0U1 uu仿真数据结果表明了自适应预测算法得列的幅度值结愿比较准确.以固疋频率t即电力条统蛾宰 50）计算采样频率而采样得到的仍罠結果最養.6采用DSP实现算法软件可編 程的数字信 号处理CDSPJtE电力系统计皿中比单片机戒 换件电路的处理性 傩更脊+应用 更加灵活。这里采用定A DSP和浮点1血巴用C i；+n编程丈现了弊法幷比報了址理

11、站果>虽燃定点卩的主频高.运算速度快M旦在进行三用函数运算.自适应预侧运外时.为了减少定点禅 作的数攥误走"釆用了迭代*编程不仅麻烦.而且-些运尊所需姿的慄作措9很多-造成取甌的rjsp业珂 速度下降*仿真得到的处理结果与Matlab有明显误差*浮点nsi* m然成木、功耗比定点isp稍高主频低于定点r>sp.但編樫咼单.实际的1於处理逑 井不叱定点PSP谩.仿其结草表明.得到的处理结集与Mai lab儿乎一枝 从仍兀的吋问分析町傅吳川 低成本的TMS32<X'S713浮点DSP实现匕述算法.处理速度可以满足娈求° TMH：心心苛山浮点DSP卅 据

12、上述算法谒到的结址直接控制模数变换器采样频率的变化I ）SP主频为2D1JMH/.例此采f羊间隔的调 蜒精懂为血丄完全能满足采样频率的梢度密求.7结论利用自适应预测n法保证采样频率为系统频率的整数借h寸曲到帖确的信兮频谱述样.注胡里刃 变换后就可计算得到相应的电压、电流及相位的稱确（fi"该算法简单"而n有毎的实用总义*关址足依据 实际应用的场合设置自适应预测步民，为采用DSP技术准确计算左流佶号的采样频率捉供了町行的计 算方法。参考文献：L1毛监电力奪数的交流釆样技术及软發件设il研究II仪器仪丧学报*加鼻工（；）：1弘I就.2畅劉”电能质址综合检测乘境肿算法实现LJ,电

13、工技术杂志T200.U（n： 35-38.3常玉林"基于DFT揷值的正弦信号离箱度巻数估计方法雷达科学与技术心、1心3：鏗7乩青任编辑牛怀岗The Adaptive Predictive Algorithm of Sampling Rate in Power SystemZHU An- ful. SU Tao1. LI Yun-fei1f 1 f'lectronic EnRinet'rtnjr Rtearch lnsrititre Xjthnn University» 7101?" I X(':m . t'lxiiia(-? FX* parr men i of Ci>nipuTcr Science * Wcinsm Tt'ai her；' collev* 7 inlm) Weiiian , I'hjna )Abstract: The han;irtce of frequency in ekcnical power system nHects the error <4 darn noiuinn and prantcier uu%t- surentent. The paper introduces an adwptK'e pr