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。     

一种适用于同步相量测量装置校准器的高精度相量测量方法

对同步相量测量装置(PMU)进行测试和校准是其能否投入运行的关键。而针对PMU不同静态和动态测试,如何提供足够精度的基准相量是亟待突破的难题。该文提出一种适用于PMU校准器的高精度相量测量方法。该方法建立了PMU静态和动态测试通用相量拟合模型;构建拟合残差二次方和最小的最优化模型,提出相量非线性迭代求解方法,并提出相量参数初始值设置方法与边界约束条件,解决相量非线性模型的非凸性所导致的多解问题,提出噪声抑制方法,减小了噪声产生的误差,可为不同静态和动态过程提供基准量测量;进一步地,进行硬件选型,研制了PMU校准器。算法仿真与实验测试两方面的结果表明,该PMU校准器测量精度满足系统静态与动态条件下对校准器的要求,可用于PMU在实验室无高精度信号源条件下的测试与校准。     

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。     

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。     

基于测量值波动特性的PMU测量性能在线评价方法

由于不良数据会导致电力系统发生错误的动作,对相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)的相量测量精度进行在线评价对于广域监控系统至关重要。基于相量测量值变化量的波动特性,提出一种PMU测量性能在线评价方法。首先分析了相量测量值变化量的波动特性与算法性能之间的关系,然后将量化波动幅度的标准差定义为波动指数来评价测量值的精度水平,并通过相邻的相量测量值实时地计算波动指数。最后,在频率线性变化、低频振荡及噪声干扰等动态工况下,利用不同的相量测量算法,对所提方法进行测试,其结果表明:在大多数情况下波动指数与综合矢量误差(total vector error,TVE)的变化趋势保持一致。此外,该方法产生的运算量满足在线评价应用的需求。     

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。     

PMU算法动态性能及其测试系统

同步相量测量单元(PMU)的量测性能,特别是动态条件下的量测精度,是其能否更好地服务于电力系统动态过程监测、分析与控制应用的基础。在简述PMU离散傅里叶变换(DFT)算法的基础上,重点利用相量因子的概念,分析了相量算法的动态特性,揭示了其在计算动态相量时出现的平均化效应;进一步给出了即使在相量计算平均化效应的情况下,通过改变时标位置减小动态相量计算误差的理论分析。文中采用实际PMU实验数据验证了上述理论分析的正确性。此外,为了能够系统、客观地评价PMU的动态性能,设计了PMU静、动态自动测试系统,可为PMU动态性能评估提供支撑。     

同步相量测量的若干关键问题

首先,阐述了非额定频率下相量的定义以及数据再同步对相量时标的要求。然后,结合数据再同步的需求分析了频率自适应采样方法在高密度的相量同步情况下的局限性;推导出一种在定间隔采样基础上能够有效消除非额定频率下离散傅里叶变换(DFT)算法产生的频率泄漏影响的相量校正算法。提出一种测试绝对相角测量精度的试验方法,并按照该方法验证了采用所提出的相量校正算法的相量测量单元(PMU)的相角测量精度。最后,通过仿真分析了基于DFT的相量算法的动态特性及其在暂态稳定控制中的适用范围。     

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...     

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。     

考虑频率偏差的动态同步相量估计器

电力系统负载变化和次同步谐振等诸多原因均会导致电力系统频率偏离标称频率,IEEE标准C37.118.1和最新修订后的C37.118.1a中规定的电力系统最大频率偏差可达5Hz,较大的频率偏差会导致基于泰勒傅里叶的同步相量测量算法产生严重误差.该文提出一种考虑频率偏差的动态同步相量估计器,该估计器在标称频率的两侧以固定的频率间隔生成多个离散频率,基于这些频率离线生成相应的动态滤波器,并将滤波器系数保存到存储器以便在线运行时查表使用.算法运行时,利用泰勒傅里叶的频率估计功能对信号频率进行预测,根据预测频率选择与之最接近的离散频率,通过查表法找到相应的滤波器对输入信号进行分析,实现了较大频偏时同步相量的精确测量.最后,通过仿真和实际信号数据对所提出的估计器进行了测试,测试结果表明,该估计器能够在较大频偏时实现对同步相量、频率和频率变化率的精确测量.     

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。     

同步相量测量单元静动态自动测试系统的研究与开发

同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)的量测性能是其能否更好地服务于电力系统的关键,在对PMU静动态测试方案、性能评估方法研究的基础上,基于MATLAB软件与OMICRON测试仪开发了PMU静动态自动测试系统,主要功能模块包括信号发生模块、相量提取模板、误差分析模块等。采用所开发的PMU静动态自动测试系统对国内主流厂家的PMU装置进行了测试,测试结果验证了所开发系统的正确性及准确性。该系统具有较高的实用性,可对入网PMU装置进行检测,严把质量关,确保电力系统的安全稳定运行。     

配电网μPMU相量和频率动态测量算法的研究

同步相量测量单元(Phasor Measurement Unit,PMU)的精度决定着电力系统动态安全监控的性能。然而,在频率偏移和瞬态事件的测量中,传统的离散傅里叶变换法由于受静态相量模型的限制,导致计算结果偏差较大。在动态模型的基础上提出一种相量和频率测量的泰勒加权最小二乘算法(Taylor Weighted Least Square,TWLS)。算法分为两步:首先利用插值离散傅里叶变化法(Interpolation Discrete Fourier Transform,IpDFT)对波形的参考频率进行估计;然后在所测频率的基础上利用TWLS对相量和频率进行实时量测。结合同步测量标准IEEE c37.118.1—2011及其修正标准IEEE c37.118.1a—2014对所提算法进行仿真,并与传统算法对比。仿真结果表明:该算法的相量总误差、频率误差、频率变化率误差都能满足标准要求,说明该算法具有良好的动态测量性能和工程应用价值。     

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。     

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.     

船舶电力系统相量测量单元多目标优化配置问题

为实现船舶电力系统潮流方程直接可解,同时保证相量测量单元(PMU)配置数目最少和N-1电压相量可解冗余度最高,提出了船舶电力系统PMU多目标优化配置方法。首先根据船舶电力系统不同工况下潮流方程的特点,分析得到PMU配置方案是否满足不同工况下潮流方程直接可解的判断方法;在此基础上,着重考虑最大运行工况下PMU配置数目最少和N-1电压相量可解冗余度最高的要求,建立了PMU多目标优化配置模型,并采用量子遗传优化算法对模型进行求解。以24节点典型船舶电力系统为例对所提方法进行了说明和验证,结果表明,该方法可实现全局多目标寻优,从而找到准确而完整的Pareto最优前沿。得到的PMU优化配置方案可为船舶电力系统配置PMU提供参考。     

相量测量单元实现次同步振荡在线辨识和告警的探讨

为了及时发现电力系统中的次同步振荡,采取措施保障机组安全和电力系统稳定运行,结合同步相量测量的算法原理分析了次同步振荡对相量测量单元(PMU)测量结果的影响;针对IEEE Std C37.118—2011标准对于同步相量测量提出的新要求,分析了遵循新标准的PMU测得的同步相量数据应用于主站次同步振荡监测时存在的问题,并指出了在主站实现次同步振荡分析的局限性;在此基础上提出在PMU装置上实现次同步振荡在线辨识和告警的方法,通过仿真试验验证了方法的可行性。     

一种自适应同步相量测量方法

近年来,电力系统中电力电子设备的大规模应用使电气信号呈现出宽频带、高噪声、动态过程复杂等特征。同步相量测量单元(phasor measurement units,PMUs)是电力系统动态过程有效监测手段,如何在上述条件下实现准确、快速测量至关重要。该文提出一种自适应同步相量测量方法。该方法通过分析动态相量模型参数在系统典型静动态条件下的行为规律,提出相量行为识别方法。针对不同的相量行为,采用不同计算时间窗,在不影响动态响应速度的前提下,提高测量精度与抗谐波、噪声的能力。进一步揭示系统动态条件下相量模型参数与测量误差的线性关系,提出动态相量计算修正方法。提出的自适应相量测量方法已在实际PMU装置上实现。经实验室测试分析表明,该方法可在各种复杂条件下具有较好的测量精度与响应速度。