本發(fā)明屬于新能源電力，特別是涉及到一種基于自相關(guān)頻率擬合的新能源一次調(diào)頻采集方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、在新能源場站一次調(diào)頻系統(tǒng)中，準確估計電網(wǎng)頻率是確保系統(tǒng)穩(wěn)定性和效率的關(guān)鍵。一般電力系統(tǒng)電量采集模塊的采樣頻率為9600hz以下，電網(wǎng)頻率主要在45-55hz區(qū)間，現(xiàn)在國標對新能源一次調(diào)頻及慣量響應(yīng)系統(tǒng)的頻率采集精度及速率要求分別為：0.001hz、10ms；在新能源場站一次調(diào)頻系統(tǒng)要求100ms內(nèi)計算出信號的頻率，精度能達到0.001hz。

2、目前常用的方法有快速傅里葉變換fft法及過零點檢測法，但這兩種方法也都存在一些不足。

3、快速傅里葉變換fft法的不足之處在于：

4、1、頻率分辨率：fft的頻率分辨率受限于采樣率和信號長度，而自相關(guān)函數(shù)擬合法不受此限制。如果使用快速傅里葉變換求解頻率，則頻率分辨率：δf=1/t，其中t是信號的總時間長度，既頻率精度要求為0.001hz時，需要1000秒的信號，不符合10ms的要求；

5、2、計算復(fù)雜度：fft計算復(fù)雜度較低，在高精度要求下不占優(yōu)勢。

6、過零點檢測法的對比的不足之處在于：

7、抗噪性：過零點檢測法對噪聲敏感，難以有效濾除噪聲影響；

8、適用性：過零點檢測法僅適用于純凈的正弦波，不適用于更廣泛的信號類型。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出一種基于自相關(guān)頻率擬合的新能源一次調(diào)頻采集方法和裝置，使用自相關(guān)函數(shù)進行頻率擬合，可快速求解電網(wǎng)頻率，精度高，魯棒性好，時效性強。

2、為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

3、一種基于自相關(guān)頻率擬合的新能源一次調(diào)頻采集方法，包括：

4、在新能源場站一次調(diào)頻系統(tǒng)中，將電網(wǎng)二次側(cè)回路三相電流/電壓信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換以及低通濾波，低通濾波后的電流/電壓信號通過擬合模型描述自相關(guān)函數(shù)，構(gòu)建損失函數(shù)表示電流/電壓信號自相關(guān)函數(shù)與擬合模型之間的殘差平方和，使用非線性最小二乘法最小化損失函數(shù)；將通過擬合模型得到的頻率作為估計的電網(wǎng)頻率。

5、進一步的，所述輸出的電流/電壓信號定義為：?；其中y(t)表示電流/電壓正弦波信號；a表示信號振幅；f0表示原始電網(wǎng)頻率；t表示信號的時間偏移，其總時間范圍為t；表示信號的初始相位；

6、定義自相關(guān)函數(shù)擬合模型為：；其中r(t)表示自相關(guān)函數(shù)在t時間偏移的擬合值；表示擬合的信號振幅；f表示待估計的頻率；表示擬合模型的初始相位。

7、更進一步的，所述損失函數(shù)為：；其中表示損失函數(shù)的值；k表示自相關(guān)函數(shù)的有效點數(shù)，選用半個周波數(shù)據(jù)10ms,k=96；r[k]表示自相關(guān)函數(shù)的第k點擬合值。

8、更進一步的，所述使用非線性最小二乘法最小化損失函數(shù)的方法包括：

9、s101、設(shè)定非線性最小二乘法的損失函數(shù)公式為：；其中；；x是自變量，i表示有效點數(shù)k的第i點，是第i點的自變量；是參數(shù)向量；是第i點觀測值，所述觀測值是低通濾波后的電流/電壓信號；

10、s102、初始化參數(shù)，選擇參數(shù)向量的初始值；

11、s103、計算殘差向量r，；其中；

12、s104、計算雅可比矩陣j，矩陣j的元素為：；其中、分別為和的一階偏導(dǎo)；,代表參數(shù)向量的三個參數(shù)之一；

13、s105、構(gòu)建正則方程：,用于計算參數(shù)更新量；t表示矩陣轉(zhuǎn)置；

14、s106、更新參數(shù)：；表示更新前的參數(shù)；表示更新后的參數(shù)；

15、s107、檢查收斂條件：如果參數(shù)更新量足夠小，或者損失函數(shù)變化小于設(shè)定的閾值，則停止迭代；

16、s108、迭代：重復(fù)步驟s103-s107，直到滿足收斂條件。

17、優(yōu)選的，步驟s106中，更新規(guī)則設(shè)定為：；其中是阻尼因子，用于控制更新步長；i是單位矩陣；當(dāng)損失函數(shù)下降時，減??；當(dāng)損失函數(shù)上升時，增大。

18、本發(fā)明另一方面還提供了一種基于自相關(guān)頻率擬合的新能源一次調(diào)頻采集裝置，包括：

19、轉(zhuǎn)換及濾波模塊：在新能源場站一次調(diào)頻系統(tǒng)中，將電網(wǎng)二次側(cè)回路三相電流/電壓信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換以及低通濾波；

20、擬合模型模塊：低通濾波后的電流/電壓信號通過擬合模型描述自相關(guān)函數(shù)；

21、損失函數(shù)模塊：構(gòu)建損失函數(shù)表示電流/電壓信號自相關(guān)函數(shù)與擬合模型之間的殘差平方和；

22、優(yōu)化模塊：使用非線性最小二乘法最小化損失函數(shù)；

23、頻率模塊：將通過擬合模型得到的頻率作為估計的電網(wǎng)頻率。

24、進一步的，所述擬合模型模塊包括：所述輸出的電流/電壓信號定義為：?；其中y(t)表示電流/電壓正弦波信號；a表示信號振幅；f0表示原始電網(wǎng)頻率；t表示信號的時間偏移，其總時間范圍為t；表示信號的初始相位；

25、定義自相關(guān)函數(shù)擬合模型為：；其中r(t)表示自相關(guān)函數(shù)在t時間偏移的擬合值；表示擬合的信號振幅；f表示待估計的頻率；表示擬合模型的初始相位。

26、更進一步的，所述損失函數(shù)模塊包括：損失函數(shù)為：；其中表示損失函數(shù)的值；k表示自相關(guān)函數(shù)的有效點數(shù)，選用半個周波數(shù)據(jù)10ms,k=96；r[k]表示自相關(guān)函數(shù)的第k點擬合值。

27、更進一步的，所述優(yōu)化模塊包括：

28、設(shè)定單元：設(shè)定非線性最小二乘法的損失函數(shù)公式為：；其中；；x是自變量，i表示有效點數(shù)k的第i點，是第i點的自變量；是參數(shù)向量；是第i點觀測值，所述觀測值是低通濾波后的電流/電壓信號；

29、初始化單元：初始化參數(shù)，選擇參數(shù)向量的初始值；

30、殘差向量單元：計算殘差向量r，；其中；

31、雅可比矩陣單元：計算雅可比矩陣j，矩陣j的元素為：；其中、分別為和的一階偏導(dǎo)；,代表參數(shù)向量的三個參數(shù)之一；

32、正則單元：構(gòu)建正則方程：,用于計算參數(shù)更新量；t表示矩陣轉(zhuǎn)置；

33、更新單元：更新參數(shù)：；表示更新前的參數(shù)；表示更新后的參數(shù)；

34、檢查單元：檢查收斂條件：如果參數(shù)更新量足夠小，或者損失函數(shù)變化小于設(shè)定的閾值，則停止迭代；

35、迭代單元：執(zhí)行迭代，重復(fù)殘差向量單元至檢查單元的操作，直到滿足收斂條件。

36、優(yōu)選的，更新單元中，更新規(guī)則設(shè)定為：；其中是阻尼因子，用于控制更新步長；i是單位矩陣；當(dāng)損失函數(shù)下降時，減小;當(dāng)損失函數(shù)上升時，增大。

37、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

38、1、本發(fā)明精度高：通過擬合自相關(guān)函數(shù)，能夠在噪聲較大的情況下仍然準確估計頻率。

39、2、本發(fā)明魯棒性好：對信號的相位和幅度變化不敏感，適用于不完整或失真的信號。

40、3、本發(fā)明具有時效性：能夠僅利用半個周期的信號，經(jīng)過快速計算即可精確計算出信號頻率，能夠快速跟蹤捕捉信號頻率變化，時效性強。

技術(shù)特征：

1.一種基于自相關(guān)頻率擬合的新能源一次調(diào)頻采集方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自相關(guān)頻率擬合的新能源一次調(diào)頻采集方法，其特征在于，所述輸出的電流/電壓信號定義為：?；其中y(t)表示電流/電壓正弦波信號；a表示信號振幅；f0表示原始電網(wǎng)頻率；t表示信號的時間偏移，其總時間范圍為t；表示信號的初始相位；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于自相關(guān)頻率擬合的新能源一次調(diào)頻采集方法，其特征在于，所述損失函數(shù)為：；其中表示損失函數(shù)的值；k表示自相關(guān)函數(shù)的有效點數(shù)，選用半個周波數(shù)據(jù)10ms,k=96；r[k]表示自相關(guān)函數(shù)的第k點擬合值。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于自相關(guān)頻率擬合的新能源一次調(diào)頻采集方法，其特征在于，所述使用非線性最小二乘法最小化損失函數(shù)的方法包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于自相關(guān)頻率擬合的新能源一次調(diào)頻采集方法，其特征在于，步驟s106中，更新規(guī)則設(shè)定為：；其中是阻尼因子，用于控制更新步長；i是單位矩陣；當(dāng)損失函數(shù)下降時，減??；當(dāng)損失函數(shù)上升時，增大。

6.一種基于自相關(guān)頻率擬合的新能源一次調(diào)頻采集裝置，其特征在于，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于自相關(guān)頻率擬合的新能源一次調(diào)頻采集裝置，其特征在于，所述擬合模型模塊包括：所述輸出的電流/電壓信號定義為：?；其中y(t)表示電流/電壓正弦波信號；a表示信號振幅；f0表示原始電網(wǎng)頻率；t表示信號的時間偏移，其總時間范圍為t；表示信號的初始相位；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于自相關(guān)頻率擬合的新能源一次調(diào)頻采集裝置，其特征在于，所述損失函數(shù)模塊包括：損失函數(shù)為：；其中表示損失函數(shù)的值；k表示自相關(guān)函數(shù)的有效點數(shù)，選用半個周波數(shù)據(jù)10ms,k=96；r[k]表示自相關(guān)函數(shù)的第k點擬合值。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于自相關(guān)頻率擬合的新能源一次調(diào)頻采集裝置，其特征在于，所述優(yōu)化模塊包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于自相關(guān)頻率擬合的新能源一次調(diào)頻采集裝置，其特征在于，更新單元中，更新規(guī)則設(shè)定為：；其中是阻尼因子，用于控制更新步長；i是單位矩陣；當(dāng)損失函數(shù)下降時，減小;當(dāng)損失函數(shù)上升時，增大。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種基于自相關(guān)頻率擬合的新能源一次調(diào)頻采集方法和裝置，在新能源場站一次調(diào)頻系統(tǒng)中，將電網(wǎng)二次側(cè)回路三相電流/電壓信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換以及低通濾波，低通濾波后的電流/電壓信號通過擬合模型描述自相關(guān)函數(shù)，構(gòu)建損失函數(shù)表示電流/電壓信號自相關(guān)函數(shù)與擬合模型之間的殘差平方和，使用非線性最小二乘法最小化損失函數(shù)；將通過擬合模型得到的頻率作為估計的電網(wǎng)頻率。本發(fā)明使用自相關(guān)函數(shù)進行頻率擬合，可快速求解電網(wǎng)頻率，精度高，魯棒性好，時效性強。

技術(shù)研發(fā)人員：韓敬濤,盛潔,康建,梁警衛(wèi),白同磊,劉鑫宇
受保護的技術(shù)使用者：國能日新科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6