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。     

基于强跟踪泰勒-卡尔曼滤波器的动态相量估计算法

同步相量估计算法是同步相量测量技术的核心,在电力系统动态条件下如何提高算法的测量精度和改善算法的动态性能至关重要。提出基于强跟踪泰勒-卡尔曼滤波器(STKF)的动态相量估计算法。首先在考虑谐波和噪声影响以及电气信号幅值、相位时变特性的基础上,基于动态相量的泰勒级数展开项建立动态电气信号的状态空间模型;然后考虑到基于泰勒-卡尔曼滤波器(TKF)的相量估计算法在递推估计各状态变量时无法快速跟踪系统参数突变的缺陷,引入强跟踪滤波器的思想,根据理论残差和实际残差的失配程度及时自适应性地调整估计协方差矩阵,增强了算法对时变电气信号的跟踪能力。分析含噪声的数值信号及Matlab/Simulink的仿真故障电压信号,结果表明,STKF算法比泰勒-卡尔曼滤波器(TKF)算法具有更好的动态响应性能和更高的测量精度,且稳定性更好。     

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.     

利用频域信息滤除衰减直流的同步相量测量算法

为了抑制电力信号时变性和衰减直流分量对同步相量测量精度的影响,通过增加数据窗个数来获取信号时域信息的算法可以达到精确测量的目的,但时延较长,无法满足IEEE标准对保护类同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)在动态响应速度方面的要求。鉴于此,参照前期利用信号时域信息的相量测量研究工作,该文提出利用电力信号频域信息滤除衰减直流的同步相量测量算法。通过拓展泰勒模型,建立含有衰减直流分量的动态信号模型,然后充分利用信号频域信息,在同一数据窗中获得多个不同频点处的相量值,进而计算得到表示基波时变性和衰减直流分量的模型参数,最后通过相移得到报告时刻的动态相量测量值。分别利用理想信号以及PSCAD/EMTDC信号对所提出算法进行验证,结果表明,所提算法虽然增加了一定的运算量,但在消除或减弱基波时变性和衰减直流分量影响的过程中,具有测量精度高、动态响应速度快、算法延时短等优点,能够满足IEEE标准对保护类PMU的测量要求。     

实现动态相量测量的FIR数字滤波器最优设计

为实现动态和暂态条件下同步相量的精确测量,提出基于一组线性相位有限冲激响应数字滤波的动态相量测量算法,系统阐述了算法的理论基础和设计方法。动态相量表示成一组基函数的加权和,由基函数优化选取和权重最小二乘估计实现测量滤波器的最优设计。通过将干扰分量加入优化目标产生陷波效果,实现对任意指定频率的谐波和间谐波,以及故障条件下衰减直流分量的有效抑制。测量滤波器的频响分析和相量测量的误差检验结果表明算法具有很高精度和良好适应性,特别适合于工程应用。     

一种滤除衰减直流分量的电流估计新算法

电力系统的故障电流中存在指数函数型衰减直流信号,直接采用离散傅里叶变换（DFT）算法测量基波电流的误差较大。提出一种从故障电流信号中消除衰减直流分量的新算法,基于纯正弦波信号在一个全波周期积分为零、而指数衰减信号在一个全波周期积分不为零的原理,用一个全波周期加前一个采样周期的采样数据,就能精确估计出指数函数型衰减直流信号的幅值和时间常数。每个采样数据减去衰减直流分量偏移量后,用全波DFT算法就可精确估计故障电流。在Matlab仿真平台上,进行综合仿真试验表明：所提算法测量精度高,易于用DSP实现,可应用到基于DSP的数字继电保护装置中。     

一种滤除衰减直流分量的电流估计新算法

电力系统的故障电流中存在指数函数型衰减直流信号,直接采用离散傅里叶变换(DFT)算法测量基波电流的误差较大.提出一种从故障电流信号中消除衰减直流分量的新算法,基于纯正弦波信号在一个全波周期积分为零、而指数衰减信号在一个全波周期积分不为零的原理,用一个全波周期加前一个采样周期的采样数据,就能精确估计出指数函数型衰减直流信号的幅值和时间常数.每个采样数据减去衰减直流分量偏移量后,用全波DFT算法就可精确估计故障电流.在Matlab仿真平台上,进行综合仿真试验表明:所提算法测量精度高,易于用DSP实现,可应用到基于DSP的数字继电保护装置中.     

基于强跟踪滤波器的单相电压基波相位实时提取

分布式发电系统并网时,需要实时检测电网电压的基波频率和瞬时相位。该文提出基于强跟踪滤波器的单相电压基波相位实时提取方法:首先添加电网电压基波频率和直流偏移作为状态变量,建立含有直流偏移和谐波分量的单相电网电压信号的非线性状态空间描述;其次,考虑到扩展卡尔曼滤波在系统达到平稳状态时无法快速跟踪系统参数突变,采用强跟踪滤波器递推估计各状态变量,并利用状态变量估计值实时计算单相电压信号的基波频率、幅值和相位。实验结果表明,所提相位实时提取方法能够在消除电网电压直流偏移影响的同时快速跟踪电网参数突变。     

一种基于卡尔曼滤波的电能质量扰动检测新方法

基于正弦波/指数函数自相关的运动状态估计模型,提出一种基于卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)的电能质量扰动(power quality disturbances,PQD)检测方法(KFPQD检测方法)。提出方法针对基波频率的纯正弦电压信号模型,以及基波频率纯正弦信号叠加指数衰减的电流信号模型,选取电压信号及其一阶导数形成二维电压状态向量,选取电流信号及其一阶导数、衰减直流分量形成三维电流状态向量,进行状态空间建模,离散化后采用KF算法对电压/电流及其变化率进行状态估计,跟踪检测基波电压/电流信号的跳变。仿真和微电网PQD检测实验结果表明:提出方法在跟踪精度、抗干扰性和敏感性方面均优于传统KFPQD方法,提高对电压与电流跳变的跟踪性能。     

采用Prony与粒子群算法的电力暂态信号分析

为了提高对含有谐波/间谐波、衰减直流分量和噪声的电力故障暂态信号的分析精度,提出了基于改进Prony算法与粒子群优化算法相结合的电力故障暂态信号分析方法。该文先采用多小波方法对信号进行消噪处理,再利用差分算法滤除衰减直流分量并对高频信号进行放大,以提高Prony算法的分析精度;然后利用改进Prony算法估计出信号中含有的频率个数和相关参量的粗略估计值,以此为基础建立电力参数模型,以得到的相关参量的粗略估计值作为算法的初始种群值,并估计出各参量的范围,最后采用粒子群优化算法对模型进行求解。仿真结果表明,所提方法能对所研究的电力故障暂态信号进行精确分析。     

利用基波相量变化率的快速选相方法

针对目前选相方法不能快速、可靠识别所有故障类型的问题,提出了利用基波相量变化率的故障选相方法。线路发生短路故障后,故障相基波电流相量变化率受衰减直流分量及工频故障分量影响,其值迅速增大,而非故障相基波电流相量变化率变化较小;如果发生接地故障,零序电流基波相量变化率受衰减直流分量及工频故障分量影响,其值也会迅速增大,否则其值在零附近波动。依据不同类型故障中基波电流相量变化率的特征能够快速、可靠识别故障相。利用PSCAD/EMTDC仿真数据对算法进行测试,仿真结果表明:算法能够在故障后四分之一周波内准确判断故障相,具有较高可靠性。     

动态相量测量算法等效滤波器研究

指出实现动态相量测量的DPEA、DPEFM和TFDPE算法本质上可视为线性非时变(LTI)系统,推导出各系统等效数字滤波器的表达式,并给出算法的扩展形式。基于滤波器频响特性定义一组技术指标,并建立其与基波扰动、谐波、噪声和衰减直流各因素产生测量误差的对应数量关系。由此,一方面基于滤波器频响特性对测量算法综合性能进行便捷有效的评估,另一方面基于技术指标对扩展算法进行优化,设计出具有最佳频响特性的测量算法。针对P类性能要求,给出了数据窗长为2个和3个周波优化设计结果。技术指标和仿真实验结果表明,在相同数据长度下,优化算法相比原算法在综合性能上有大幅提升,特别是具有了非常强的抗直流干扰能力。     

A discrete Fourier transform-based adaptive mimic phasor estimator for distance relaying applications

In protection relaying schemes, the digital filter unit plays the essential roles to calculate the accurate phasor. However, while the fault current contains plentiful decaying dc component, the over-reach of distance protection will cause sever problem. This work develops an adaptive mimic phasor estimator to remove the decaying dc oscillation between voltage and current and obtains the accurate apparent impedance. First, a discrete Fourier transform-based mimic phasor estimator is developed. Then, an adaptive scheme is proposed to obtain the decaying time constant. Unlike the fixed decaying dc time constant used in a digital mimic filter, the proposed algorithm adopts the transmission-line parameters information hiding in the voltage and current measurements to adaptively approximate the decaying dc time constant to the accurate value. Thus, the estimation error in the mimic filter due to the time constant mismatch can be eliminated. Both full-cycle and half-cycle versions are developed in this work. Simulations results illustrate the effectiveness of this new algorithm for distance relaying applications.     

Removal of decaying DC in current and voltage signals using amodified Fourier filter algorithm

Protecting transmission lines frequently involves applying distance relays. Protective relays must filter their inputs to reject unwanted quantities and retain signal quantities of relevant interest. Accuracy and convergent speed of filter algorithm are essential for protective relays. A widely applied filter algorithm, the discrete Fourier transform (DFT) can easily remove integer harmonics using simple calculation. However, the voltage and current signals contain serious harmonics and decaying DC during the fault interval. In addition, the decaying DC and higher order harmonics seriously decrease the precision and convergence speed of fundamental frequency signal from DFT. In this investigation, the authors derive a novel algorithm which combines the appropriate analog low pass filter and modified full cycle DFT (FCDFT) or half cycle DFT (HCDFT) algorithm to remove the decaying dc in a voltage or current signal. Using the Electromagnetic Transients Program (EMTP) simulates the transient responses of transmission lines during the fault period. Applying the proposed algorithm in distance relays effectively suppresses the decaying DC and quickly decomposes the accurate fundamental frequency components     

An Innovative Decaying DC Component Estimation Algorithm for Digital Relaying

We propose a new decaying dc component estimation algorithm for digital relaying. Fault currents tend to include a dc decaying component. This component decreases the accuracy and speed of the protection relay operation. The proposed algorithm can estimate and eliminate the dc decaying component from fault current signals after one cycle from the fault instant. Also, it can be applied to a conventional discrete Fourier transform to calculate phasor quantities of fault currents in a digital protection relay. In the proposed algorithm, the dc decaying magnitude and time constant are estimated exactly by integrating fault currents during one cycle. The dc decaying component is eliminated by subtracting the dc value at each sampling instant. To verify the performance of the proposed algorithm, we performed a dc component estimation test and distance protection test using PSCAD/EMTDC. The results of the PSCAD/EMTDC simulation showed that the proposed algorithm can estimate dc components exactly from fault currents and can be applied to digital protection relays for phasor extraction.      

Accurate phasor measurement for transmission line protection in the presence of shunt capacitor banks

This paper proposes a phasor measurement algorithm for transmission systems compensated with shunt capacitor banks. Since the shunt capacitor banks tend to lower the resonant frequencies, the dominant component, which has the lowest resonant frequency, is insufficiently attenuated by a low-pass filter and has an adverse influence on the phasor measurement of the fundamental component in a fault current signal. This paper theoretically investigates the dominant frequency in the presence of shunt capacitor banks and presents a phasor measurement algorithm immune to the dominant component and DC-offset. The performance of the algorithm is evaluated for a-phase to ground (a–g) faults on a 154-kV transmission system compensated with shunt capacitor banks. The evaluation results indicate that the algorithm can measure the phasor reliably and satisfactorily, although the fault current signal is distorted with the dominant component and DC-offset. The paper concludes by describing the hardware implementation of the algorithm on a prototype unit based on a digital signal processor.     

基于ASTUKF的电力信号同步相量跟踪算法

配电网电力信号的高噪声及强瞬变的特性对相量测量造成较大干扰,在噪声环境下可靠、快速并高精度地获得电力信号相量信息对电网的稳定性与可靠性具有重要意义。文章提出一种基于自适应强跟踪无迹卡尔曼滤波(Adaptive Strong Tracking Unscented Kalman Filter, ASTUKF)的电力信号同步相量跟踪算法：根据新息序列概率分布特征,构建系统状态判定变量判断系统是否发生突变,并在STUKF算法理论基础上提出弱化因子自适应算法,利用建立的基波相量状态空间模型构建基于ASTUKF的同步相量跟踪算法。实验结果表明,所提ASTUKF算法具有良好的检测突变的能力,能够快速准确地跟踪突变。     

考虑衰减直流分量的dq-120改进算法及其在混合仿真中的应用

该文分析了故障电流含有衰减直流分量时传统dq-120算法的误差形成机理及表现形式。在此基础上,结合Prony算法提出了一种dq-120改进算法,该算法基于故障电流中含有直流分量的假设条件,对故障电流的dq-120计算结果进行模型降阶,简化了传统Prony算法的计算量并提升了dq-120算法对直流分量的免疫水平。借助PSCAD/EMTDC仿真软件,搭建了含有一回直流线路的IEEE 39节点系统机电-电磁暂态混合仿真模型。仿真结果表明,与传统的dq-120算法相比,改进算法明显提高了故障期间相量提取精度,从而有效提升了机电-电磁暂态混合仿真故障期间的仿真精度以及整个仿真过程的仿真精度。     

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...