基于改进DFT的电力系统同步相量测量算法研究

离散傅里叶变换(DFT)在相同条件下,具有运算效率高、易于嵌入等优点,被广泛应用于电力系统同步相量测量中。但由于非同步采样及频域离散化问题的存在,DFT在进行相量测量时会出现频谱泄露和栅栏效应,使得计算结果产生误差。针对这一问题,推导了DFT在非同步采样情况的相角误差方程,利用相角差对信号频率进行跟踪测量,得到精度较高的频率值。据此,提出了基于改进DFT的同步相量测量方法,利用跟踪所得频率将DFT结果分为整数部分和分数部分,并通过等效替换对分数部分进行了修正。经仿真实验证明,该方法具备较高的抗干扰能力和测量精度,整体效果较传统算法有了很大的提升。在此基础上,利用TMS320F2812设计了一个同步相量测量装置(PMU)硬件系统,通过该系统实现了频率、幅值和相角的准确测量。     

利用PMU测量相角数据计算不同测点间电压相角差的方法

电网中电压相量间相角差的准确测量和计算对于实现电网稳定性的快速监测具有重要意义。为了实现电网中不同节点上电压相量间相角差的准确计算,该文分析了实际电网中的频率波动对于同步相量测量装置(phase measurement unit,PMU)中离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)算法计算相角的影响;利用各工频周期内PMU采集的电网频率和相角数据,推导了DFT算法中所使用电网频率跟踪算法的解析表达式;针对电网频率波动和不同PMU厂家DFT中所使用不同电网频率跟踪算法的影响,给出了剔除计算电压相量间相角差误差因素的方法,消除了直接利用PMU测量的相角数据计算相角差产生的误差;并利用线路的等效模型,验证了该文所提方法的正确性。     

基于锁相环的PMU频率跟踪特性的分析与仿真

设计基于锁相环(phase-loclced loop,PLL)的相量测量装置(phasor measurement unit,PMU),目的是借助PLL的频率跟踪能力提高PMU相量测量精度。为验证PLL的动态跟踪特性和效果,根据PLL等相位采样脉冲产生的原理和环路传递函数进行分析和逻辑仿真。结果表明,PLL存在环路滤波纹波、前置滤波延迟和自身滤波延迟等方面的因素,对PLL的频率跟踪精度产生不良影响,且无法消除。结论说明锁相环并不具备所谓的高精度特性,不宜用于动态频率下的同步相量测量。     

基于北斗授时的μPMU测量误差综合分析

微型相量测量单元(μPMU)的同步性与时钟源精度密切相关,目前我国电网中已投运的智能设备多以美国GPS为时钟源。伴随北斗系统(BDS)组网完成,采用北斗作为时钟源的设备将逐渐成为主流。首先,研究北斗系统时钟脉冲精度、互感器误差、基波频率及谐波等误差影响因素,揭示各环节对μPMU测量误差的作用机理。然后,评估基于北斗系统的μPMU测量装置相角误差,分析基于频率跟踪的极大似然估计相量误差。最后,评价时钟源、互感器饱和、频率变化、谐波干扰等因素产生的综合误差。通过研究关键影响因素,给出减小测量误差的主要措施。研究成果将为μPMU在配电网的大规模配置提供理论和实践指导。     

基于偏π/4直角坐标的DFT相角测量算法

鉴于传统的离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)相角测量算法在精度和实时性方面效果不佳,分析了在非同步采样下DFT算法的相角误差,推导出相角误差与频率偏移率和采样初相角的函数关系,并提出一种基于偏?/4直角坐标系的相角测量算法。相角误差分为固定相角误差和动态相角误差。该算法利用坐标系中坐标轴的正交特性以及四相平衡关系,对动态相角误差尽可能地削减。与传统的DFT方法相比,该算法对动态相角误差进行了较好的修正,使得相角测量的精确度得到提高。最后,实验验证了该算法的精确度和实时性,结果表明该算法是可行的,且在保证频率跟踪测量精度的前提下,对含有各种干扰的电力信号也具有良好的测量能力。     

相量测量单元综合矢量误差指标分析

从相量测量单元(PMU)综合矢量误差(TVE)基本概念入手,分析了TVE的特点,将TVE指标与目前常用的幅值误差、相角误差指标进行了对比。结果表明:TVE与幅值误差、相角误差存在紧密关系,在对PMU静态精度的考查中,两者各有优缺点,建议根据PMU测试的结果和考查的重点选择合适的评价指标。另外,指出了PMU TVE测试的要点。     

基于频率和初相角解耦检测的新型锁相环

提出了一种由锁频环(FLL)和初相角锁相环(PLL)构成的新型三相PLL。FLL采用了一种新型的微分算法来检测频率误差,可避免由电压相角或幅值突变导致的频率检测误差。该新型PLL采用频率自适应数字滤波器(FADF)滤除输入信号中的谐波和噪声,提高了相角的检测精度。FADF利用多重化延时信号消除算法消除频率较低的谐波,然后通过巴特沃斯低通滤波器滤除高次谐波和噪声,可以在dq域准确、迅速地提取基波正序电压。同时,初相角PLL拥有较高的特征频率,使得新型PLL可以在相角突变后迅速地实现同步。通过仿真和实验对新型PLL的性能进行了验证,且为了适用于计算能力较差的控制器,给出了新型PLL的简化方案。     

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。     

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。     

电网实际运行环境中相量测量装置性能在线评价方法

广域测量系统(WAMS)的各项应用功能的可靠性高度依赖于相量测量装置(PMU)的数据质量。目前,PMU性能评价主要在实验中离线进行,性能指标主要采用综合矢量误差(TVE)。TVE作为一种离线评价指标,并没有将频率测量误差考虑在内,并且只适合于在被测信号已知的情况下使用。随着PMU布点越来越普遍,迫切需要建立一种在电网实际运行环境下的在线评价PMU测量性能的综合指标。PMU的主要任务是真实地反映交流电压(电流)输入信号的频率、幅值、相位等相量特征,如果利用PMU输出的测量结果重新构造一个正弦信号,这一正弦信号与PMU输入信号之间的差别信号的频谱中应不包含PMU输出的信号频率。基于这一思路,提出了综合相量误差(TPE)作为PMU性能的在线评价指标。TPE的优点是不受噪声、谐波和动态变化分量的影响,能够在输入信号未知的情况下对PMU的测量性能进行评价。算例验证了该方法的有效性。     

广域测量技术在电力系统分析及控制中的应用综述

综述了广域测量系统(wide-Area Measurement System,WAMS)在电力系统稳态分析、全网动态过程记录和事后分析、电力系统动态模型辨识和模型校正、暂态稳定预测及控制、电压和频率稳定监视及控制、低频振荡分析及抑制、全局反馈控制、故障定位及线路参数测量等方面的应用.通过这些应用可以看到,WAMS给电力系统分析与控制提供了新的视角和解决方法,值得深入研究.     

电力系统频率测量综述

较为全面地综述了国内外在电力系统的频率概念及其测量技术方面的研究成果。以观测模型为依据,探讨了各种电力系统频率的异同;针对频率测量的目的,提出了测量的基本要求;以测频主算法的数值特征为线索对历史上各种测量算法进行了系统的分类与评述;讨论了测量的硬件实现及其测量试;最后对电力系统频率测量的发展趋势提出看法。     

GIS三相同壳母线VFT相电压测量系统

描述了GIS三相同壳母线VFT相电压测量系统的组成,以及三相同壳母线模型和电容传感器的结构。为了测量GIS三相同壳母线的VFT相电压,需要3个电容传感器。3个电容传感器的输出电压,与A、B、C三相VFT电压有线性关系;对线性关系因子矩阵进行了理论分析,并讨论了它的实测和校验方法。最后,给出了三相VFT电压实验测量结果。     

相量测量单元测量值对状态估计中等效电流量测变换算法的影响

针对同步相量测量单元(PMU)能够直接测量母线电压相量的特点,分析了引入PMU测量值对电力系统状态估计的影响.首先修正等效电流量测变换算法,提出了极坐标系下的全雅可比矩阵算法和简化雅可比矩阵算法,分别从增加PMU节点电压量测方程、以PMU测量值作为迭代初值、修正等效电流量测计算公式以及修正雅可比矩阵四方面分析了引入PMU测量值对算法迭代次数和滤波效果的影响.理论分析和算例结果表明,PMU测量值在这四方面对算法的迭代次数和滤波效果均有影响,有些影响还与PMU的数量有关.     

考虑电力系统潮流直接可解的同步相量量测单元最优配置

基于全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的同步相量量测单元(Phasor Measurement Unit,PMU)是一种新型的量测装置,该装置可以直接量测节点电压相量.文章在电力系统潮流直接可解概念的基础上提出了采用遗传算法解决PMU的最优配置问题.数学模型(即评价函数)的构造是采用遗传算法的主要瓶颈,文章建立了PMU最优配置的数学模型,并以此模型为评价函数开发出相应的遗传算法.算例结果表明文章所建立的模型和采用的算法是有效的.     

用于测量GIS中瞬态外壳电压的电阻性阻抗分压器

设计了用于测量GIS中TEV的阻抗分压器及其测量系统 ;分析了该系统的特性 ,并对其刻度因数和阶跃响应进行了实测 ,在实验室和现场进行了应用。结果表明 ,该系统主要性能满足IEC6 132 1标准的要求 ,可以在工程中应用     

一种改进的相量测量装置最优配置方法

以电力系统状态完全可观测和相量测量装置(PMU)配置数目最小为目标,提出了一种改进的PMU最优配置方法.将启发式方法和模拟退火方法有效结合以确保得到最优解,提高了基于启发式方法的初始PMU配置方案的质量,通过改进配置模型缩小了模拟退火方法的寻优范围,从而提高了求解速度.还提出了一种基于节点邻接矩阵的快速可观测性分析方法.最后采用IEEE 14、IEEE 30、IEEE 118节点系统和新英格兰39节点系统对该方法进行了验证.     

北斗卫星导航系统与GPS互备授时的分布式相量测量单元

我国自主开发的北斗卫星导航系统为同步相量测量的时钟源提供了一种新的选择.文章从卫星信号覆盖范围、用户容限、授时脉冲的同步性能等方面分析了将北斗授时应用于我国电力系统广域同步相量测量的可行性.使用北斗和GPS授时的同步相量测量的对比试验结果验证了北斗授时的有效性.在此基础上还研制了北斗与GPS互备授时的分布式相量测量单元.     

三相VFT电压测量中电场耦合系数矩阵的确定

在三相快速瞬变过程ＶＦＴ（Ｖｅｒｙ Ｆａｓｔ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔｓ）电压测量中,需要３个电容传感器,而每个传感器同时受Ａ、Ｂ、Ｃ三相电压的电场耦合。该文讨论了三相同壳式封闭式组合电器ＧＩＳ（Ｇａｓ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ）在完全对称布置和不完全对称布置情形下,电场耦合系数矩阵的确定方法。提出了主导电场耦合系数的概念,给出了它的近似解析表达式。     

基于FFT和神经网络的非整数次谐波检测方法

运用人工神经网络模型进行整数次谐波检测可达到较高的检测精度，但这种线性神经元模型不适合非整数次谐波的检测。为精确检测非整数次谐波，文中提出了一种改进进的线性人工神经元模型，并将加汉宁窗的FFT算法和改进的线性人工神经元模型结合起来，提出了一种用于非整数次谐波检测的新方法。该方法首先对采样信号用加汉宁窗的FFT算法进行预处理，得到了谐波个数和精度不高的谐波次数：其次根据谐波个数设定神经元的个数，根据预处理后得到的谐波次数设定神经网络谐波次数迭代的初始值；最后对改进后的人工神经网络进行训练，便可实现非整数次谐波的精确检测。仿真实例表明，该方法能将频率相近的非整数次谐波分离，可有效地提高谐波参数的检测精度，为谐波治理提供良好的依据。