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。     

提高配电网PMU测量精度的全景补偿方法

配电网线路长度通常较短,且受噪声及谐波影响严重,要实现配电网的监测、控制和状态估计,亟须研制配电网同步相量测量装置（D-PMU）。高精度的测量是配电网可观可控的基石,而交流采样环节是保证D-PMU测量性能的核心。基于交流采样环节的硬件误差来源分析,提出了误差渐进减小的工程全方位应用场景补偿方法（简称全景补偿方法）：①通过出厂标校,消除系统固定误差;②通过三次多项式拟合进行全量程补偿,被试装置达到应用需求精度;③通过二次多项式拟合进行温漂补偿,提升D-PMU现场运行精度。基于提出的全景补偿方法改进D-PMU,搭建了人工模拟环境,测试结果表明所提方法可有效提高D-PMU相量测量精度。     

一种配电网高精度快响应同步相量算法及其实现

随着分布式电源、电动汽车等大规模接入,配电网亟需新的动态量测手段。然而,输电网同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)技术因其精度不足、动态性能欠佳难以直接用于配电网。目前国内外开展的配电网PMU研究工作也尚处于起步阶段,难以满足应用需求。面向配电网同步相量量测需求,提出了一种基于频率在线分析和自适应滤波器的高精度、快响应的多通道综合同步相量算法。基于考虑多带外干扰的稳态和动态信号模型,设计了2种不同阶的自适应FIR滤波器,并分析了它们在不同场景下的适应性边界。提出多通道在线协调算法框架,以实现算法整体协调优化。基于片上系统硬件平台进行算法实现,并在搭建的高精度同步相量测试系统中开展多场景性能验证,为测量装置在实际系统示范应用奠定了基础。     

基于汉宁窗的配电网同步相量测量装置算法及应用

配电网量测环境复杂、恶劣,输电网的传统同步相量算法难以满足要求。分析了常用窗函数下傅立叶算法的谐波抑制能力,利用3个等间隔的加汉宁窗离散傅立叶变换（FFT）推导出定间隔采样下同步相量测量算法,在理论上消除了非额定频率下的频率泄露影响,能满足高精度的相位测量要求,具有很好的谐波/间谐波抑制能力。针对多个信号同时存在时频谱泄露影响计算精度问题,分析比较了加汉宁窗FFT插值算法相对其他窗函数的优势。理论分析和实际测试表明,采用上述方案后,提升了相量、谐波/间谐波等量值的测量精度。     

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。     

配电网PMU的P类性能指标设定研究

近些年来,为应对可再生能源大量接入配电网可能引发的电网安全问题,面向配电网的同步相量测量技术得到快速发展。为加速和规范配电网同步相量测量单元(DN-PMU,Distribution Network Phasor Measurement Unit)的研制,制定DN-PMU的测量标准或技术规范成为当前较为紧迫的任务。本文针对DN-PMU要求快速响应的应用场景,研究向主动配电网P类DN-PMU性能指标的制定。首先,通过对基于DN-PMU测量数据的应用进行分类并筛选出典型应用,从应用需求方面提出P类DN-PMU的测量性能指标;其次,基于主动配电网典型应用的信号环境,选用DN-PMU高性能测量算法从测量能力方面评估所提出性能指标的可行性,并由此对指标做进一步修订。本文工作对于DN-PMU测量标准制定具有重要参考价值。     

基于多级自校验和多重切换的自适应相量算法

配电网同步相量测量装置可以大幅提升配电网的可测、可观、可控水平,可以解决大规模分布式电源和柔性负荷接入后现代配电网所面临的巨大挑战,促进配电网转型升级。本文提出了基于多级自校验和多重切换的自适应相量算法。在多级校验方面,提出了基于多级自校验识别稳态、动态和暂态3种模式,并设计了适应3种状态的算法。在多重切换方面,提出了通过校验算法、传感器类型、采样率、窗函数类型、数据窗长度和相量算法的多重自切换,以满足同步相量测量装置性能的要求。为进一步验证本文所提算法的优越性能,在仿真软件上进行了仿真测试分析,结果表明所提算法能满足实际应用要求。     

基于最优滤波算法的配电网PMU及其性能测试

应用于配电网的同步相量测量单元(phasor measurementunit,PMU),面临更恶劣的测量环境和更高测量精度双重压力,已有的PMU装置未能满足配电网测量高精度和快速响应要求。为实现配电网测量目标,PMU研制的核心是与配电网环境相适应的高性能测量算法。应用PMU最优滤波原理设计出针对配电网的PMU测量算法,并基于NI Compact-RIO 9036平台搭建了PMU功能样机,由现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)实现该测量算法。为检验测量算法实际性能,根据配电网测量要求,在样机平台上由FPGA生成测试信号源,形成配电网PMU性能自评估系统。通过对样机系统在静态、动态、暂态、强谐波和噪声条件下测试结果进行分析,验证了该测量方案的高精度和快速响应能力,证明了其优异的实际测量性能,展示了其重要的应用价值。     

电力系统次同步和超同步谐波相量的检测方法

针对现有基于基波相量检测的动态监测装置和系统不能满足精确检测次(超)同步谐波的要求,提出一种能够同时检测次(超)同步谐波和基波相量的新方法,它改进了现有定间隔采样相量校正算法,通过自动频率检测、多模式滤波和相量校正方法,可在信号内包含多个非整次谐波分量的情况下,高精度检测出所有次(超)同步谐波和基波相量。给出了检测方法的原理和实现,采用理想测试信号和工程实际数据测试并验证了方法的精度和抗噪声能力。     

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.