配电网高精度同步相量测量技术方案与展望

随着分布式新能源渗透率不断提高,智能配电网电力电子化趋势明显,可观问题更加严重,亟须适用于智能配电网的同步相量测量装置（D-PMU）研究。文中在调研国内外研究现状的基础上,阐述了适用于智能配电网的同步相量测量面临的科学问题,分别从高噪声和强瞬变环境下的高精度同步相量测量方法、弱通信条件下的时间同步技术、微型同步相量测量装置信息安全技术、装置研制、测试技术与测试平台5个方面,提出了配电网高精度同步相量测量技术的研究思路与框架。同时,初步提出了D-PMU的框架结构、相量测量方法与校准方法。     

适用于闭环控制的快速相量计算方法

近年来,大量电力电子设备在电力系统电源、电网与负荷侧广泛应用,导致电力系统跨区域、跨电压等级的系统性连锁故障逐渐增多,亟需精细化闭环控制。这要求同步相量测量装置(SynchrophasorMeasurementUnits,PMUs)在保证测量精度的同时,具有快速的响应速度。针对这一问题,提出了一种适用于闭环控制的快速相量测量方法。该方法分析了传统DFT算法在系统动态条件下的测量误差特性,揭示了时标位置对相量测量精度与上传延时的影响。为减少PMU上传延时,研究了将时标打在时间窗尾部时相量测量误差与动态相量模型参数的规律,提出了相量修正方法,在减少上传延时的同时兼顾了测量精度。仿真测试验证了所提方法的测量精度与上传延时远高于PMU标准对保护控制类PMU的要求,可用于复杂电力系统闭环控制应用。     

高频采样下基于DFT的配电网相量测量算法研究

配电网规模的增大以及分布式能源的并网给配电网的运行工况带来了巨大的挑战,面向配网的相量测量技术逐渐成为研究热点。针对输电网中各种相量测量算法在精度、响应时间以及实时性上不能有效兼顾的问题,提出一种适用于配电网的相量测量算法。在定间隔高频采样条件下,该算法运用动态校正因子的思想对传统DFT算法进行校正,解决了传统算法在电力系统发生频偏或动态条件下测量精度骤降的缺点,保证算法在精度、响应时间以及实时性上同时满足配电网的量测要求。最后,基于该算法原理在Matlab/Simulink上搭建相量测量软件仿真平台,确保研究人员可以在仿真环境中就能验证配电网的相量测量算法甚至研究故障定位和状态估计等高级应用。     

新型配电网同步相量装置测试与实际电网应用

配电网同步相量测量装置是配电网同步测量系统的核心装置,为实现配电网动态监测与控制提供基础数据.而配电网环境中存在多种谐波、间谐波干扰成分和动态场景.因此,同步相量算法作为关键技术需要在复杂测量环境下兼顾测量精度和动态响应性能.本文基于所提出的新型配电网同步相量算法和新研制的新型配电网同步相量装置,搭建了高精度同步相量测试平台,并基于该平台设计了符合配电网环境特征的多场景测试方案.同时在上海临港地区进行了示范应用,对实际配电网信号特征与动态特性进行了分析,同时也检验了所提出的新型配电网相量算法的有效性与准确性,为配电网同步相量测量装置的广泛应用奠定了基础.     

同步相量测量技术在配电网中的应用

随着智能电网建设的不断深入,配电网的智能化升级改造也步入正轨。同步相量测量技术不仅适用于输电系统,在实现配电网智能化方面也能发挥积极作用。基于美国FNET系统和国内WAMS Light系统,给出国内外配电网同步相量测量系统概念;从状态估计、故障定位、谐波估计、孤岛检测角度,介绍同步相量测量技术在配电网诊断方面的应用,并从微电网协调、电能质量控制、控制与保护角度论及它在配电网保护方面的应用。最终,针对配电网同步相量测量技术发展所遇问题,试着提出明确的解决思路。     

一种计及衰减直流分量干扰的动态同步相量 测量算法

动态同步相量测量在电力系统动态行为监测中发挥着重要作用.但是当电力系统发生故障时,故障电流中存在的衰减直流分量,会严重影响动态同步相量测量的准确性.对此,提出了一种动态同步相量测量新算法.具体实现上,将衰减直流分量近似表示成一个较低频率的动态余弦分量,再基于频域采样定理,构建含基波分量和动态余弦分量的故障电流信号模型,进而形成了相应的动态同步相量测量新算法.仿真测试结果表明,存在衰减直流分量干扰下,所提出的动态同步相量测量新算法比基于泰勒信号模型的测量算法准确,而且计算量小,适合于在线应用.     

基于多分支电流混合量测的配电网三相状态估计

同步相量测量应用于配电网高级应用中是近年来的研究热点。针对配电网同步相量与智能电表的混合量测问题,提出一种以支路电流为状态变量的配电网状态估计方法。该方法在含分布式光伏接入的配电网中,将微型同步相量测量单元(Micro-Synchronous Phasor Measurement Unit,μPMU)和智能电表量测数据进行等效变换,实现异构数据支路电流幅值量测误差最小。首先,基于混合量测系统,推导三相量测方程模型。然后,运用加权最小二乘法实现了三相支路电流的状态估计。所提方法适用于三相不平衡、多分支电流量测的配电网。最后,通过对含分布式光伏的IEEE 37节点系统进行仿真,验证了方法的有效性。     

一种适用于配电网的同步相量测量改进算法

分布式能源接入电网使配电网的动态特性日趋复杂,配电网运行管理从被动式走向主动式,同步相量测量技术在配电网的应用成为一种趋势。对适用于输电网的常规同步相量算法在配电网中的应用进行分析,根据产生误差的原因,提出了一种利用三角函数多项式对误差曲线进行最小二乘法拟合的新算法。阐述算法具体的实现过程,在动态变化、谐波干扰的情况下对算法进行仿真验证。仿真结果表明算法在各种条件下测量精度得到了很大提升。     

动态条件下的同步相量测量算法的研究

考虑到电力信号的动态特性,利用泰勒级数对电力信号的时变相量进行建模,并利用相邻采样数据窗的相量测量值来表示相量导数,以此相量导数来修正系统动态特性对相量测量精度的影响。仿真计算以及现场数据的分析研究表明：该同步相量测量算法提高了多种动态条件下(如低频振荡和频率偏移等情况)对信号相量进行测量的精度,与传统相量测量方法相比,虽然运算量有所增加,但仍能够满足现场在线应用的要求。     

基于智能电表和PMU混合量测的低压配电网三相状态估计

随着同步相量量测PMU等新型测量装置的发展以及智能电表的广泛布置,为保证低压配电网安全可靠运行,提升其态势感知能力,提出一种基于智能电表和PMU混合量测的低压配电网三相状态估计方法。该方法同时采用低压配电网智能电表采集的实时量测和PMU同步相量量测,显著提高了低压配电网测量数据的冗余度,以端点注入电流平衡方程为基础,建立了低压配电网最小二乘估计模型。基于IEEE13节点修正系统,对该方法进行了仿真分析。仿真结果表明,所建模型可以对低压配电网的三相状态进行精确估计,且计算速度快收敛可靠。     

同步相量测量装置校准器参考相量计算方法

电力电子设备的广泛应用导致电力系统逐渐出现了新的稳定性与可靠性问题,亟需高精度实时测量与感知技术,为解决上述问题提供数据基础。作为最有效的动态监测手段之一,同步相量测量装置(PMU)的测量精度至关重要。提出了一种PMU校准器的参考相量计算方法,为PMU测试提供校准参考值。该方法分析了电力系统典型静动态信号特性,建立了基波相量通用信号拟合模型,可表征PMU测试标准中除阶跃测试外的所有静动态测试信号。提出了基于非线性拟合的相量幅值、相角与频率迭代求解方法,并根据所得频率提出了基于最小二乘法的频率变化率计算方法。进一步,分析揭示了迭代初始值、计算时间窗长和拟合阶数对计算精度的影响及其设置方法。仿真与实验测试结果表明,该方法精度至少比标准规定的精度要求高1个数量级,可用于PMU的测试与校准。     

基于多源数据多时间断面的配电网线路参数估计方法

基于可大规模部署的微型同步相量测量单元(μPMU),分析现阶段多种量测体系的特点,提出基于多源数据多时间断面的配电网线路参数估计方法,既利用μPMU采样快速性进行多时间断面量测数据融合,又利用μPMU的精确时标进行同一时间断面上的数据对齐,将多时间断面的μPMU、数据采集与监控、高级量测体系量测数据联合建立量测方程,在满足相互独立条件时开展最小二乘法参数估计。针对配电网典型的主干/分支接线模式构建参数估计模型,通过IEEE 33节点配电网仿真算例分析多种量测配置情况下的应用场景,结果证明了所提方法的有效性。     

基于正交多项式拟合的PMU现场测试参考值计算方法

为给现场运行的同步相量测量装置(phasor measurement unit,?PMU)性能分析提供准确的相量参考值,保证其数据质量,提出了基于正交多项式拟合的高精度相量测量方法。该方法利用Legendre多项式的正交性特点,对信号模型进行Legendre多项式拟合,以此来构建一种基于Legendre多项式的正交拟合相量模型。在此基础上,通过分析对比不同拟合参数求解方法的复杂度,提出了基于Cholesky分解的相量参考值计算方法,为非线性拟合参数求解计算量大的问题提供一种新的解决方法,并通过迭代修正来保证测量精度。进一步地,根据分析揭示的最优窗长和拟合阶数,实现算法的高精度测量和高效率计算。仿真与硬件测试表明,测量精度均满足标准要求10倍及以上,可在硬件中实时稳定运行,并为PMU现场测试校准提供参考值。     

抵御多点虚假数据攻击的主动配电网状态估计方法

引入同步相量量测装置（PMU）识别虚假数据注入攻击（FDIA）的动态状态估计是实现主动配电网安全准确决策的有效途径。提出一种融合贝叶斯定理的深度森林（BA-DF）FDIA检测机制的混合量测加权平方根容积卡尔曼滤波（WASRCKF）动态状态估计方法。首先,通过图卷积神经网络预测PMU和SCADA混合量测融合,提高数据冗余度;其次,利用WASRCKF估计状态量和混合量测预测量进行加权估计,降低FDIA对状态估计更新层的影响;然后,采用BA-DF进行FDIA检测,判断虚假数据攻击位置,使用混合量测预测值进行修正,形成BA-DF-WASRCKF组合方法。最后,采用PG&E69配电网进行验证,结果表明该方法在不同PMU配置下均可获得更高精度状态估计结果,配置24台PMU的FDIA识别率为95%,较传统方法状态估计精度提高了77.8%。     

基于改进Morletd1波变换的同步相量及功率测量新算法

为PMU装置提供精确的相量测量算法对于提高广域测量技术的可靠性具有重要意义。一些常用的相量测量方法较易受频率波动、谐波和间谐波的干扰,测量效果并不理想。提出一种基于改进Morletd、波变换的相量及功率测量新算法。改进Morlet小波变换的等效时频窗宽度能够灵活调整而不受窗函数中心频率的限制,因而可根据测量需要获取较好的频率分辨率和动态特性。MATLAB仿真结果表明,该方法具有较好的动态响应速度。能够准确、有效地测量电力系统基波电压、电流相量、以及所派生的电气量,不受系统频率波动的影响和改进Morlet小波频率窗口外信号分量（谐波、间谐波）的干扰,且无需同步采样。     

考虑有功协调优化的配电网动态电压控制

配电网电压动态变化特征日益凸显,对配电网动态优化控制提出了新的要求。除此之外,配电网有功与无功的耦合特性也使得仅基于无功/电压的控制方法效果降低。因此,提出了一种考虑有功/无功快速协调优化的配电网动态电压控制方法,实现在秒级时间尺度内关键节点的电压恢复。首先建立配电网有功/无功控制设备动态模型,并基于模型预测控制理论建立了动态电压控制系统预测模型。设计了面向配电网电压协调控制的多目标自适应优化策略,基于配电网同步相量测量单元动态测量数据实现有功/无功控制设备出力的动态协调。仿真结果表明,该方法能够实现配电网电压波动的秒级抑制,并将目标节点电压快速无差地恢复至扰动前水平。     

基于瞬时值比较的PMU动态性能在线评测方法及系统

同步相量测量单元(PMU)的动态性能,是广域测量系统(WAMS)的各项高级应用可靠性的重要基础。提出一种基于大扰动的特征动态时段的瞬时值比较的PMU动态性能评测方法。将PMU相量数据还原为相量暂态录波数据,获取对应的实际暂态录波数据,分析两者在相关性、相量算法快速响应、纯幅值缩放和总体相似性上的差异,对PMU动态性能进行全面定量的评价。采用实际现场PMU数据验证了上述理论分析的正确性和可行性。此外,设计了在线评测系统,可应用于实际电网运行过程中实时监控和评价PMU动态性能。     

PMU准实时数据对主动配电网抗差估计的影响

由于相量测量单元(PMU)因成本问题无法在配电网中大规模配置,且不同设备向主站传输数据时存在客观的通信延迟、带宽限制等因素,因此状态估计器输入端存在不良数据。提出一种基于同步相量量测的主动配电网抗差估计方法,并提出以虚拟PMU量测模型补充大量的高精度冗余数据。将数据采集与监视控制(SCADA)量测系统、PMU量测和虚拟PMU量测构成的混合量测系统作为状态估计的输入端。考虑网络和量测数据不确定度对抗差M估计算法进行改进,避免了传统加权最小二乘估计中删除坏数据的残差判断和迭代过程,降低了估计耗时,提高了状态估计的可靠性和抗差性能。改进IEEE 14和IEEE 33节点配电网算例的仿真分析,验证了所提方法的有效性和普适性。     

基于DSCADA和μPMU数据融合的配电网运行拓扑辨识

在配电网安装了配电网数据采集及监视控制系统（distribution network supervisory control and data acquisition, DSCADA）和部分节点安装少量微型同步相量测量装置（micro-synchronous phasor measurement unit, μPMU）情形下,提出了一种基于DSCADA和μPMU遥测数据融合的配电网运行拓扑辨识方法。首先,基于μPMU节点电压相位量测构建配电网拓扑变化时刻辨识模型,确定拓扑变化的时刻;然后,基于拓扑变化前后的节点电压变化,借助DSCADA和μPMU的遥测数据构建可能拓扑判据,缩小重构后可能拓扑的范围;最后,使用加权最小二乘法将DSCADA和μPMU遥测数据进行融合,估计出可能拓扑下的节点电压相位,并利用构建的拓扑相似度辨识模型辨识出实际拓扑。算例中考虑μPMU和DSCADA不同量测误差组合,对该算法辨识的准确性进行验证。