滤除衰减直流分量的动态同步相量测量算法

在动态条件下的故障电流不仅往往含有衰减直流分量,而且其基波分量的幅值与频率也可能是随时间而变化的。正是这2个因素影响了由传统傅里叶变换得到的相量测量的精度。拓展了原来的静态信号模型,使其能正确表示信号基波分量的时变性以及衰减直流分量,再利用基波滤波器和直流滤波器来分别对基波分量的时变性以及衰减直流分量进行估计,并对短时傅里叶变换相量测量结果进行修正来提高相量测量精度。分别应用理想信号以及PSCAD/EMTDC仿真信号来检验算法的性能,仿真结果表明,虽然需要增加有限的运算量,但与传统的算法相比,所提出的算法能消除或减弱故障电流的基波分量时变性以及衰减直流分量对同步相量测量的影响,并大大提高故障电流的相量测量精度。     

基于频域动态模型的同步相量测量算法

考虑到电力信号的动态特性,电力信号基波分量的幅值与频率也可能随时间变化。基于频域动态模型,提出一种利用同一数据窗对不同频点滤波器的响应来修正离散傅里叶变换法(discrete Fourier transform,DFT)估计结果的同步相量测量算法,分别应用理想信号以及PSCAD/EMTDC仿真信号来检验算法的性能。仿真结果表明,虽然需要增加有限的运算量,但与以往算法相比,所提出算法在低频振荡、频率偏移等动态条件下,能够消除或减弱电力信号基波分量的时变性并大大提高信号的相量测量精度。     

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.     

考虑衰减直流分量的动态相量强跟踪测量算法

故障电流信号的频率变化以及包含的衰减直流分量会严重影响基于傅里叶变换的相量测量算法的精度和动态响应速度。文中提出了一种利用强跟踪滤波器滤除衰减直流分量的动态相量测量算法。首先,将衰减直流分量用其二阶泰勒展开多项式来表示,在状态变量中添加衰减直流分量及其一阶导数和二阶导数,建立含有基波角频率、幅值等参数和衰减直流分量参数的故障电流的非线性状态空间模型,减小信号估计的模型误差。其次,为了提高扩展卡尔曼滤波器在系统达到稳定时对系统参数突变的跟踪能力,利用强跟踪滤波器递推估计各状态变量。所提方法能够有效抑制衰减直流分量对相量测量精度的影响,对时变故障电流信号具有良好的动态响应能力。采用所提算法对加噪声的数值信号以及ATP-EMTP故障仿真信号进行相量测量,结果验证了算法的正确性与有效性。     

四分之三基波周期最小二乘相量估计算法

同步相量估计算法对同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)的性能有重要影响,如何获得准确、实时性好、具有良好动态性能的相量估计算法值得研究。为此,提出四分之三基波周期最小二乘(three-quarter fundamental period least squares,TQLS)相量估计算法。TQLS法的估计周期为四分之三基波周期,即对该时间窗内的信号进行采样,根据公式推导的结论,可以得到采样结果与基波相量之间的关系。利用最小二乘法,可以由采样结果估计出相量。在整个估计过程中没有泰勒级数展开。理论分析表明,所提TQLS算法可以准确估计基波相量,同时,该算法在基频附近频率响应的幅值平坦,可以准确估计动态相量。仿真结果分别从频域和时域角度验证了TQLS算法的有效性,并且仿真结果显示TQLS算法的计算量与傅里叶变换法相当。     

基于泰勒级数和离散傅里叶变换的综合自适应相量算法

针对传统相量算法在动态过程中难以同时满足精度和速度要求的问题,提出一种基于泰勒级数和离散傅里叶变换(DFT)的综合自适应相量算法。该算法对稳态和动态情况,分别设计了时域算法和频域算法两种计算模式,并通过反推校验实现二者间的自适应切换。具体地,时域算法利用两相邻数据窗进行DFT分析,并根据特定精度要求进行简化,以此计算频率和相量;频域算法对电力信号模型进行泰勒级数展开,并通过一个数据窗的基波和各谐波含量计算相量、频率和频率变化率。仿真分析和实验测试结果均表明,在稳态和动态情况下所述算法的量测精度和响应性能均优于传统算法及相应的商用同步相量测量装置,满足实际应用要求。     

同步相量测量不确定度估计

同步相量测量不确定度估计可用于检测相量测量中的坏数据,监测同步相量测量单元(PMU)工作状态,并为PMU相关应用提供上报数据的测量精度信息,具有重要应用价值。文中提出基于同步录波数据和同步相量测量结果进行不确定度估计。由相量测量序列重构基波,并与录波数据相减得到残差信号,通过计算残差信号基波带内和带外分量相对重构基波的功率比,得到参数ρ_i和ρ_o。文章理论分析表明,通过基波带宽合理选取,ρ_i为同步相量测量不确定度近似无偏估计,-20lg(ρ_o)可准确估计电网采样信号信噪比(dB值)。仿真和实测实验验证了算法的有效性,展示了算法的实用功能和应用效果。     

适用于PMU现场测试校准的参考值测量算法

同步相量测量装置(phasormeasurementunit,PMU)作为有效的电力系统动态监测手段,可为电力系统实现先进感知提供数据基础。因此,进行PMU现场测试与校准,以保证其运行质量至关重要。该文提出一种适用于PMU现场测试校准的相量测量算法,可为PMU的现场测试提供误差分析的参考值。该方法基于通用电力信号模型,揭示出电力系统静动态过程的基频相量测量原理,分析了相量算法实时测量的频谱特性,提出基于低通数字滤波器频域位移的相量测量系数设计方法,实现了基波相量的高精度测量。进一步,为解决传统频率、频率变化率算法在振荡时测量误差较大的问题,提出基于最小二乘法滤波特性的频率和频率变化率测量方法。仿真、硬件测试与现场录波数据测试表明,所提算法在PMU标准规定的单项测试与系统实际复杂工况下的测量精度均高于标准要求1个数量级以上,可用于PMU的现场测试与校准。     

脉冲噪声干扰下同步相量测量

该文面向存在脉冲干扰的配电网信号环境,研究脉冲干扰检测、精确定位和基于干扰剔除的同步相量测量算法。首先,根据同步相量测量单元(phasormeasurementunit,PMU)测量值进行基波重构,通过分析重构残差序列定义特征参数残差总向量(total vector of the residual,TVR),用以表征PMU测量误差。其次,提出基于TVR和残差瞬时功率异常值判别的方法,实现脉冲干扰检测和精确定位。最后,基于相量测量的最优滤波原理设计出改进加权最小二乘算法,实现脉冲干扰下同步相量的快速准确测量。仿真结果表明,在数据窗长为2个周波(P类测量),当脉冲干扰长度不超过半个周波时,该文算法在典型配电网环境下达到IEEE标准规定的测量误差要求(TVE1%),且对脉冲干扰持续时间和强度表现出较强的鲁棒性。     

电力互感器对同步相量测量的影响

电力互感器作为连接一次系统和同步相量测量单元(phasor measurement units,PMUs)的必要设备,是PMU能否准确获取一次系统信息的重要环节,其传变精度和动态特性直接影响PMU相量测量的精度。首先总结了电力系统动态现象所对应的动态信号模型,包括故障引起的非周期分量、幅值突变和系统振荡;分析了电力系统在发生以上动态过程时电力互感器对相量测量的影响;并侧重分析了电容式电压互感器的铁磁谐振和瞬变响应问题以及电流互感器的饱和问题,以此来观察电力互感器在不同动态情况下对相量测量结果的影响。     

基于同步相量轨迹拟合的电力系统次同步/超同步振荡的实时参数辨识EI北大核心CSCD

基于同步相量数据的次同步振荡参数辨识可有效监测次同步振荡的动态过程。该文提出一种基于同步相量轨迹拟合的电力系统次同步/超同步振荡的实时参数辨识方法。通过求解超定非线性的同步相量轨迹拟合方程组,能准确得到频移基波、次同步和超同步分量的频率、幅值和相位。该方法利用各分量对应的同步相量正负频率部分耦合而成的椭圆轨迹特性,仅依据100ms的同步相量数据序列即可进行高实时性的参数辨识。所提算法相比现有算法的优势在于,一方面可辨识与次同步分量耦合的超同步分量参数;另一方面超短数据窗大幅提升了算法实时性,并克服了频谱分析法的频率分辨率受限问题。模拟同步相量测量终端(phasor measurement unit,PMU)数据和实际仿真数据的对比分析结果表明,所提方法可准确获取基波和次同步/超同步振荡参数,并有效实现次同步振荡的动态实时监测。     

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。     

基于改进Morlet小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Morlet小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.     

动态条件下的T形输电线路故障测距算法

当电力系统在功率低频振荡等动态情况下发生故障时,电力信号幅值和频率往往表现出一定的动态特性,影响了传统的T形输电线路故障测距算法的精度.因此,提出了动态条件下T形输电线路故障测距算法.该方法拓展了传统的静态信号模型,建立了时变的信号模型使其能正确表示信号的动态特性,并加入基于同步相量测量单元(PMU)的动态同步相量测量...     

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。     

基于最优线性滤波的PMU测量Ⅰ:最优滤波原理

随着同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)测量标准的不断更新和PMU在配电网的应用,更为恶劣的测量环境和更高的准确度要求,使得PMU测量算法面临巨大挑战。最优化方法能够兼顾基波频偏与动态变化、谐波、噪声、直流和带外干扰等因素造成的测量误差,实现测量的高准确度与快速响应的最佳平衡,是复杂条件下PMU测量算法设计极为有效的实现途径。本系列共3篇论文,针对目前应用最广泛的本质为线性滤波的测量机制,建立滤波器频响特性与测量误差之间定量关系,提出最优设计准则,并分别针对P类和M类测量,实现PMU测量算法的最优设计。该文目标是建立最优设计的基本理论。首先通过理论推导,给出基波频偏、谐波、噪声、直流干扰、带外干扰和基波动态等因素下,同步相量、频率和频率变化率引起的测量误差(即总向量误差、频率误差和频率变化率测量误差)与滤波器频响特性之间的定量关系;在此基础上,定义与滤波器频响特性有关的一系列技术指标,由此提出最优滤波器设计准则;最后,通过动态同步相量测量算法和基于泰勒相量模型的加权最小二乘两种典型算法的仿真实验,验证理论分析结果的正确性。     

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。     

基于最优线性滤波的PMU测量Ⅲ:M类算法设计

本系列论文的前2篇,分别研究同步相量测量单元测量的最优滤波原理和P类测量最优算法的具体设计。该文在此基础上,研究M类测量最优算法的具体设计。与P类测量相比,M类测量是在更高准确度基础上兼顾快速响应,并且增加了公认为最难实现的对带外干扰的抑制要求。为了实现从基波通带到带外干扰阻带的快速衰减,基于奈奎斯特频域抽样定理建立动态相量线性参数模型,并采用以凯撒窗为权重的加权最小二乘算法进行模型参数估计,由此构造原型滤波器,其中频域抽样点个数和凯撒窗阶数构成自由参数集。针对数据上报率分别为50、25和10Hz三种情况,求解最优化问题,给出不同数据长度下最优解的分布,并结合快速响应性能选取最优滤波器长度,构成完整的M类测量优化算法。通过仿真试验评估优化算法的实际测量性能,并与IEEE测量标准提供的参考算法结果进行比较,验证所提出优化算法在测量准确度、使用数据长度和单相测量方面具有的综合性能优势。     

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。     

提升PMU动态测量性能的若干方法

为了提高PMU装置在电力系统动态条件下的同步相量测量精度,研究了若干提升PMU装置动态测量性能的方法。采用IEEE C37.118标准中推荐的基于离散傅里叶变换(DFT)的同步相量计算模型,对基于DFT的相量测量算法进行了改进。分析了该改进方法在带外干扰、系统振荡、系统失步、短路或断线故障等动态条件下的特性。设计了等纹波滤波器对相量数据进行滤波处理,保证同步相量的测量精度,最后在PMU装置中实现并进行了测试验证。实验结果表明,通过上述方法的实施,PMU在动态条件下的测量精度得到了提高。