广域测量系统时延的数字仿真方法及实时数字仿真器实现

根据对广域测量系统(WAMS)中时延产生原因以及实测统计结果的分析,提出了一种WAMS时延的数字仿真方法并给出了实现步骤。仿真过程将基于WAMS的电力系统任务分为软实时任务和硬实时任务,分别采用小步长子流程与大步长子流程同时进行模拟。小步长子流程以单位仿真步长间隔实时输出量测受时延影响的测量值;大步长子流程以WAMS测量步长输出量测受时延影响的测量值及其时标。所提WAMS时延仿真方法的最大优点是:既可以模拟按照特定分布生成的随机时延,也可以依据实测时延数据序列模拟时延;在此基础上还能够模拟数据丢包、粘包、通信失败等各种异常网络状态。最后,在实时数字仿真器(RTDS)中实现了该时延仿真方法,并分别采用随机时延和实测时延进行RTDS试验,仿真结果验证了该方法的有效性。该方法适用于广域控制器受时延影响的理论仿真校验。     

基于概率分布的广域测量系统时延特性分析

通信时延是广域测量系统(WAMS)应用于广域阻尼控制所需计及的重要因素,如何描述WAMS通信时延尚缺乏有效的模型,因而提出了基于概率模型的WAMS通信时延特性建模方法。在浙江电网WAMS实际运行工况下,根据WAMS数据包特点以及通信结构,对相量测量单元(PMU)子站到WAMS主站的总体通信时延进行了测定,分析了时延数据的统计特点,结果表明:各PMU子站通信时延均值都小于100ms,多数PMU子站通信时延大于100ms的数据占比小于1%。最后基于浙江电网WAMS大量实测数据对通信时延采用概率模型进行建模,表明对于不同时段,不同PMU子站,采用莱斯分布能够有效地表征WAMS通信时延的分布特性。     

考虑网络保护的广域测量系统通信时延分析

电力系统动态监测与实时决策系统对广域测量数据的实时性提出了很高的要求。文中分析了相量数据集中器（PDC）同步算法的特点和广域通信网时延的机理,建立了广域测量系统（WAMS）通信时延的计算模型;研究了同步数字体系（SDH）网络故障对实时通信的影响,以二纤双向复用段保护为例建立了保护倒换时间计算模型,分析了倒换过程中数据丢...     

广域闭环控制系统时延的测量及建模(一):通信时延及操作时延EI北大核心CSCD

由2篇论文组成的系列文章旨在研究广域闭环控制系统(wide-area closed-loop control system,WACS)中时延的测量方法及其特性建模。该文作为系列文章的第1篇,研究WACS中的时延产生,将WACS时延归为通信时延和操作时延两大类并分别研究。针对通信时延,提出一种线性估计模型,继而实测并分析贵州电网广域测量系统的通信时延,验证该线性估计模型的正确性。针对操作时延,分析实验室条件下WACS设备的操作时延,提出基于RTDS硬件在环平台的波形对比测量法,并用此方法实测WACS硬件在环系统中的操作时延。分析结果表明,实验室条件下操作时延可以用正态分布拟合其分布特性。该文对时延的分析及测试结果是研究WACS闭环时延的重要基础。     

基于同步仿真控制系统的广域测量系统现场检测方法

电网广域测量系统(WAMS)在电力系统动态分析及控制方面得到了广泛应用。为了提高WAMS运行的稳定性和可靠性,文中研究了WAMS的现场检测方法,根据WAMS的构成制定了WAMS现场检测内容,提出并研制了同步相控仿真装置及由多台该装置和仿真控制中心构成的同步仿真控制系统。利用该系统对WAMS的构成部分进行单点同步检测和多点同步检测,以评估WAMS的暂稳态性能及其应用功能。最后,通过现场检测和MATLAB建模仿真验证了WAMS现场检测方法的可行性及实用性。     

广域测量系统的延迟分析及其测试

简要介绍了电力系统中基于全球定位系统／相量测量单元的广域测量／监视系统(WAMS)的体系结构,分析了延迟产生的机制并指出了影响实时性的主要因素,提出广域测量系统的延迟评估模型;根据评估模型建立了基于TCP／IP协议广域网络下的WAMS通信延迟测试方法;通过实测获得了基于国家电力数据网(SPDNet)的WAMS的通信延迟特性。根据该延迟评估模型和测试体系,能够有效、合理地进行WAMS的相量测量单元优化选点和通信布局的权衡,并进一步为广域实时动态监测和控制奠定基础。     

基于实测广域测量轨迹的在线电压稳定分析方法研究

随着电力系统的广域互联并考虑电力市场背景下的互联经济性,系统运行越来越接近其稳定边界,因此对于电压稳定的在线实时分析提出了更高的要求.基于广域测量系统（wide-area measurement system,WAMS）实测数据提出了一种在线电压稳定监测指标.该指标基于π型等值模型推导,考虑了线路分布电容的影响,更接近实际电网的特性,同时算法形式简单,便于微机实现.通过EPRI-36算例进行验证,结果分析表明：该指标利用WAMS的实时同步数据,可以实现广域测量系统在线电压稳定监测,为电压稳定控制提供更加明确的参考信息,保证电力系统的安全稳定运行.     

一种基于广域测量系统过程量测数据的快速暂态稳定预估方法

在高阶Taylor级数法暂态稳定计算方法的启发下,提出了一种以广域测量系统(WAMS)过程测量数据为基础的电力系统暂态稳定快速预估方法。该方法通过对高精度、高密度的WAMS过程测量数据进行插值或曲线拟合等数值运算,得到发电机转子角及角速度的高阶导数,从而利用Taylor级数展开式获得未来时刻的发电机转子角和角速度。理论分析和算例测试表明,该方法能够在数10ms内完成系统未来运行轨迹的预测,为电力系统暂态稳定在线应用提供了一种可行的实现方法。     

相量测量装置 (PMU) 动态测量精度在线检验

广域测量系统(WAMS)的高级应用功能高度依赖于相量测量装置(PMU)的动态数据质量.迄今为止,各厂家的PMu产品只是在实验室内进行过离线检验,而在实际运行环境中的精度并没有严格地经过检验.因为许多现场环境中的实际信号难以在实验室中复现,因此有必要在WAMS主站开发相量测量算法,对PMU自身记录的采样教据(暂态录波数据)进行分析计算,计算结果应与同时段该PMU上传的动态数据进行比较,从而判断PMU动态数据质量的好坏.最后以华北电网广域测量系统的实测数据为例,论证了PMU动态性能在线监测的必要性与可行性.     

广域测量系统在电力系统中的应用研究

广域测量系统WAMS(Wide Area Measurement System)主要源自电力系统时间上同步和空间上广域的需求,利用全球定位系统GPS(Global position system)时钟同步,进行广域电力系统状态测量,回顾了国内外WAMS的发展概况,论述了同步相量测量方法的原理,重点阐述了WAMS在电力系统中的应用,最后论述了它的未来发展趋势.     

基于线性矩阵不等式理论的广域电力系统状态反馈控制器设计

应用基于同步相量测量单元的广域测量系统进行广域控制时,反馈信号的传输时延是不能忽略的。作者根据实际电力系统的特点构造了部分状态含时延的状态反馈控制器,应用线性矩阵不等式理论提出了时滞依赖的稳定性条件,根据该条件不仅能得到保证系统稳定的控制器,而且可以得到保证系统稳定的最大允许时间延迟。最后以4机系统为例,用时域仿真的结果说明所得控制器的性能及该方法的有效性。     

量测数据时差补偿状态估计方法

在互联电网中,控制中心的量测数据来源很多,这些量测数据存在采集时差,当时差超过一 定范围时,量测数据不能体现一个完整电网状态,采用常规状态估计方法进行状态估计会产生较大 误差,结果无法使用。文中提出一种量测数据时差补偿状态估计方法,对于延时很小的量测数据, 使用最新的量测数据参加状态估计,其量测时间作为电网断面时间;对于其他延时的量测数据,根 据延时的不同,引入相应的时差补偿因子,利用连续2个数据断面的量测数据变化量和时差补偿因 子修正延时量测数据误差,获得完整一致的电网状态估计结果。对IEEE 7节点系统的测试表明, 该方法可有效减少计算结果误差,获得更为准确的电网状态估计结果。     

单时滞电力系统时滞稳定裕度的简便求解方法

时滞稳定裕度定义为在保证小扰动稳定的前提下系统可承受的最大延时值。确定电力系统的时滞稳定裕度对于合理利用广域测量系统数据、评估广域控制效果具有重要意义。文中介绍了单时滞电力系统的数学模型;提出一种求解单时滞电力系统时滞稳定裕度的简便方法,该方法在虚轴上将特征方程转化为多项式方程求解系统的纯虚特征根,无需任何中间的变量代换,可以有效求解单时滞电力系统的时滞稳定裕度;用该方法对一个单机无穷大系统进行时滞稳定裕度研究,得到了典型运行方式下的时滞稳定裕度,并研究了励磁系统参数变化对时滞稳定裕度的影响;对结果进行了时域仿真验证,验证了该方法的准确性。     

量测量的时延差对状态估计的影响及其对策

监控和数据采集(SCADA)系统的量测量没有统一的时标,更新周期长,而且时延较大。同步采样的相量测量单元(PMU)正成为电力系统中另一种重要的数据采集装置,它可以反映动态响应且时延较小;由于带有精确时标,即使通道传输存在时延也能保证时间断面的一致性。为在状态估计中协调这两种量测量,处理各量测量不同的时延,建立了SCADA量测时延的均匀分布模型,分析了各量测数据所反映的时间断面不一致性对状态估计精度的影响,提出了对时延不同的量测量的处理方法。通过对IEEE14节点电网和一个366节点的实际电网的仿真,验证了该方法的有效性。     

考虑广域反馈信号时滞影响的附加励磁控制器

采用广域信号作为附加励磁控制信号能够有效抑制互联电网的区间振荡,但广域信号在传输和处理过程中的时滞会严重影响系统的稳定性。为此作者提出了一种考虑广域信号延时影响的阻尼互联电网低频振荡附加励磁控制器。该控制器基于电力系统降阶模型,首先考虑了广域反馈信号的时滞,将电力系统建模为时滞微分方程的形式;然后应用时滞系统稳定性理论和线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI) 的处理方法将附加励磁控制器参数的设计转化为求取适当的参数使得含有时滞信号的闭环系统具有最大时滞稳定性的问题;最后应用LMI工具箱和遗传算法优化了附加励磁控制器参数。4机电力系统的动态仿真验证了文中所设计控制器的有效性。     

Robust wide‐area damping controller design for inter‐area oscillations with signals' delay

A new wide‐area damping control strategy is investigated for flexible AC transmission systems (FACTS) device using wide‐area measurement system (WAMS) signals. The purpose is to design a dynamic output wide‐area damping controller (WADC) for improving the stability of interconnected power systems. The time‐varying delay of wide‐area signal is incorporated into the design process, which can effectively reduce the delay effect on the damping performance. First, a discrete‐time plant model with time‐varying delay is established for power systems; then by using the proposed improved free‐weighting matrices (IFWMs) approach and a convex optimization algorithm, a new and less conservative delay‐dependent stability criterion, expressed in the terms of linear matrix inequalities (LMIs), is obtained without ignoring any useful terms on the difference of a Lyapunov function. Detailed case studies on a 4‐machine two‐area benchmark test system and 16‐machine five‐area NETS‐NYPS interconnected system show that the designed WADC can not only maintain effective damping performance under the condition of time‐varying delay but also get the maximum wide‐area time delay. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

低频振荡广域监控研究现状及新进展

随着电网互联工程的不断进行,低频振荡问题日渐凸现,成为限制跨区功率输送的瓶颈而科学技术的发展将广域测量系统(Wide Area Measurement System,WAMS)引入到电力生产过程中,给电力系统低频振荡监测带来了新契机。为促进该技术的应用,提高电网供电可靠性,总结了国内外基于广域测量系统的低频振荡监测和控制研究的现有成果,主要包括在线监测和阻尼控制两个方面;并且提出了这一领域未来的研究方向和需要解决的问题,包括研究一套系统的行之有效的在线监测算法,最优反馈信号的选择,广域阻尼反馈控制器的设计,消除广域反馈信号传输过程中积累的时滞对控制效果的影响四大问题。     

智能电网环境下分布式阻尼控制器设计

智能电网以广域测量系统作为支撑,通过信息的相互关联来有效控制电网稳定运行。在智能电网环境下,针对广域互联电力系统的低频振荡问题,利用分布式网络控制的灵活特性,研究设计一种计及时延的分布式阻尼控制器。考虑将测量信息作为阻尼控制器的输入信号,只涉及到本地及相邻通信节点的信息,进而基于图论新颖法对分布式阻尼控制器输入信号的通信拓扑特性进行描述。在设计广域系统中控制器时考虑到了远程信号的传输时延,并利用其时延依赖稳定性这一充分条件。最后运用到四机两区系统的仿真对比结果,显示本文提及的分布式阻尼控制器不仅使系统阻尼得到有效提高,还体现出局部与区域间低频振荡以及传输线功率振荡的可抑制性,增强了融合电力信息系统的稳定性。     

利用以太网和ATM技术实现电网运行状态实时监测

针对当前电力系统动态安全监控系统中相角测量装置(PMU)数据传输时延大、系统规模有限的现象，利用计算机网络在数据传输中的准确性和高波特率性，采用以太网和异步传输模式(ATM)相结合的方式，通过全光纤通道，构建了一套高实时性的全网相角信息实时传输通道。在工程中，该系统实现了一个周期上传一次数据，从而可实现在PMU广域测量数据基础上对电网的运行状态进行实时监测。     

考虑时滞影响的电力系统稳定分析和广域控制研究进展

计算机技术、网络技术和通信技术的快速发展及其在电力系统中的广泛应用,使得电力系统的监测、分析和控制方式向着广域化、网络化和智能化方向发展。在此发展过程中,一个不容忽视的问题就是信号传输和处理过程中时滞的影响。文中首先对广域测量系统的时滞特性进行了分析,接着对国内外考虑时滞影响的电力系统建模、稳定分析和广域控制3个方面的最新研究成果进行了综述,指出常规电力系统稳定分析方法与考虑时滞的状态估计方法相结合具有工程实践价值,并认为在电力系统时滞特性的定量分析、信息和电力网络综合建模、考虑时滞的状态估计以及基于时滞电力系统动力模型的稳定控制方面仍需进一步深入研究。最后展望了时滞电力系统稳定分析和广域控制可能的研究方向。