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。     

基于扩展卡尔曼滤波频率跟踪的DFT同步相量测量算法

当电力信号的频率发生偏移时,采用离散傅里叶变换(discrete Fourier transformation,DFT)进行同步相量测量难以做到同步采样,由此造成的栅栏效应严重影响了同步相量测量精度。为此提出一种改进的DFT同步相量测量算法。首先引入了基于扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)的频率跟踪算法,建立了基波频率测量的算法流程,并介绍了基于DFT的同步相量测量算法原理。在此基础上,将测量结果分为整数部分和分数部分,分析了因频率偏移导致的相量测量误差,对分数部分进行插值计算以提高同步相量测量精度。分别应用含谐波和噪声的稳定信号和幅值、相位、频率、谐波及噪声含量跳变的信号来校验算法的性能。仿真结果表明,EKF频率跟踪算法能快速对基波频率进行跟踪,所提出的同步相量测量算法能消除或减弱谐波、噪声以及频率偏移对同步测量的影响,提高了相量测量精度。     

基于扩展卡尔曼滤波的同步相量测量数据计算

同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)对硬件滤波后采样得到的离散数据仍然存在一些随机噪声信号,会影响同步相量测量计算精度。因此,针对PMU信号采集系统提出了一种扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)方法实现对三相电压和电流正弦信号的实时状态估计,以提高动态相量信号的计算精度。首先,建立了考虑幅值和相位为时变情况的电力系统三相正弦信号的状态空间模型,然后给出了同步相量数据的动态EKF计算方法和步骤,最后,在MATLAB平台上进行仿真分析,验证了动态EKF滤波方法的有效性。     

基于同步相量测量的电压稳定评估算法

提出一种基于同步相量测量的电压稳定评估算法。算法中只需要利用局部同步相量测量，即被监测负荷节点的同步电压相量，及由与其相连接的同步电压相量所得到的等价电压相量，建立一等价两节点系统。最后，以被监测负荷节点的同步电压相量在等价电压相量的投影与等价电压相量幅值的一半之差，作为计算电压稳定与否的指标。将这个算法应用于一个5节点系统中，仿真结果验证了算法的正确性及合理性。     

基于泰勒展开模型的同步相量估计新算法

经典的离散傅里叶变换(DFT)算法在静态条件下具有较好的相量估计性能,但在动态条件下其估计精度往往达不到实际应用要求。文中分析了DFT算法在动态条件下产生估计误差的原因,在此基础上利用一阶泰勒模型对DFT算法进行修正,设计了满足动态要求的同步相量估计新算法。该算法利用一阶泰勒展开式对动态电力信号进行建模,然后引入相邻数据窗之间的相量变化率来表征相量一阶导数,通过相量一阶导数修正DFT算法的估计结果;最后将得到的中心时刻相量估计值相移到报告时刻,从而实现准确的相量估计。仿真分析及对实际采样数据的分析表明,该算法在频率偏移、低频振荡等动态情况下均优于DFT算法,具有一定的应用潜力。     

基于最优Kaiser窗的动态同步相量测量算法

非线性开关元件的应用使得电力信号中出现带外干扰(out-of-band interference,OBI)信号.由于OBI的频率靠近基波频率,信号间频谱干扰严重,导致基波测量精度严重降低.针对此问题,考虑OBI信号的特征,充分利用Kaiser窗的优良旁瓣特性,同时兼顾算法的综合性能(包括测量精度、响应时间和计算量),文...     

电网相量实时同步测量的一种新方法

电网相量的异地实时同步测量，对于电力系统状态估计、稳定控制、故障识别及继电保护等都具有重要意义。文中提出一种基于全球定位系统(GPS)与锁相技术的电网相量实时异地同步测量方法，采用硬件逻辑电路产生既能自适应跟踪电网频率变化、又能实现异地同步的等间隔采样脉冲序列，并由它启动A／D转换器自动完成对输入模拟信号的同步采样，很好地解决了电网相量的异地同步测量问题并保证有较高的测量精度。     

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。     

一种适用于同步相量测量的新算法

在异步采样的情况下,离散傅里叶变换(DFT)由于频谱泄漏及栅栏效应,计算结果不够精确,不能满足同步相量测量精度的要求.对现有的同步采样及误差消除方法进行了分析,提出了一种新的相量测量算法.通过线性插值计算,得到采样序列两相邻过零点进行频率跟踪,由所测频率对采样序列进行同步修正得到满足同步采样的新序列,采用DFT进行相量估计.仿真结果表明:该算法具有高精度、计算量小等特点,能够满足同步相量测量对精度及实时性的要求.     

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。     

基于高精度测频的修正DFT相量及功率测量算法

为了提高频率偏移时电力系统相量及功率测量精度,提出了一种基于改进扩展卡尔曼滤波(IEKF)频率测量的修正离散傅里叶变换(DFT)相量及功率测量算法。分析了频率发生偏移时非同步采样下DFT的测量误差,建立了相角、幅值与频率偏移量和初相角之间的函数关系式。由IEKF得到频率偏移量,然后对DFT计算结果进行修正即可得到输入信号的真实相量和功率。仿真结果表明:该算法相比较于传统自适应DFT算法能有效消除或减弱谐波、噪声以及频率偏移对相量同步测量的影响,提高了相量及功率测量精度。     

一种基于修正相角差的傅氏测频算法

基于相角差的传统傅氏测频算法所采用的相角差无法正确反映真实相角差,导致计算结果存在原理误差。提出了一种基于修正相角差的傅氏测频算法。利用相角差作为中间量,通过修正因子对相角差进行修正,消除传统傅氏算法的原理误差。算法保留了傅氏算法不敏感于噪声和谐波的良好特性。同时,采用基于二次插值技术的采样序列迭代修正方法,克服传统测频算法速度与精度无法兼得的矛盾。仿真结果表明相比于传统傅氏算法,在相同的硬件环境下,该算法的运算速度及测量精度均有提高。     

基于改进泰勒加权最小二乘法的相量测量算法

大部分相量测量算法将信号相量作为一个静态模型,因此对电网中经常发生的电压幅值和相角波动特别敏感。基于标准频率下动态相量模型的泰勒加权最小二乘法(Taylor Weighted Least Squares, TWLS)不仅提供了相量值,还提供了相量导数值,可以提高对电网动态状况的监测。在此基础上,提出了一种基于基波频率值的改进泰勒加权最小二乘法。首先用非线性最小二乘法得到基波频率值。然后介绍了基于测量基波频率值的改进泰勒加权最小二乘法推导过程,并对该算法所涉及的窗函数、数据窗长度和泰勒多项式阶数进行分析选择。最后采用不同的信号模型和实际数据来检验算法的性能。仿真结果表明:提出的改进泰勒加权最小二乘法的测量精度满足要求。     

高频采样下基于DFT的配电网相量测量算法研究

配电网规模的增大以及分布式能源的并网给配电网的运行工况带来了巨大的挑战,面向配网的相量测量技术逐渐成为研究热点。针对输电网中各种相量测量算法在精度、响应时间以及实时性上不能有效兼顾的问题,提出一种适用于配电网的相量测量算法。在定间隔高频采样条件下,该算法运用动态校正因子的思想对传统DFT算法进行校正,解决了传统算法在电力系统发生频偏或动态条件下测量精度骤降的缺点,保证算法在精度、响应时间以及实时性上同时满足配电网的量测要求。最后,基于该算法原理在Matlab/Simulink上搭建相量测量软件仿真平台,确保研究人员可以在仿真环境中就能验证配电网的相量测量算法甚至研究故障定位和状态估计等高级应用。     

Power system stabilization control based on the wide area phasor measurement

This paper presents a method of tuning power system stabilizers (PSS) in order to damp low‐frequency oscillations in a multimachine power system based on wide area phasor measurements. The authors have developed a method for detecting interarea low‐frequency modes from measured small oscillations associated with load fluctuations by approximating the oscillations as a coupled vibration model. In this paper, the coupled vibration model is extended to include the effect of PSS. PSS are tuned directly by using the extended model, since the model includes parameters of PSS. The advantage of this method is that steady state phasor fluctuations are available for tuning PSS and assessing the effect of the tuning control. That is, a large disturbance like a line fault is not necessary since the stability of major modes can be investigated directly by using eigenvalues of the extended model. The identification process does not require information on the input to the system for perturbation. Some numerical analyses demonstrate the effectiveness of the method by using phasor dynamical data obtained by a power system simulation package. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 163(1): 16–24, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20640     

适用于同步相量测量的DFT算法研究

讨论了用于同步相量测量的离散傅氏变换DFT(Discrete Fourier Transform)算法。传统DFT算法计算量大,不适于采样率高且测量量多的场合。给出了一种递归傅氏变换算法,可减少计算量,并由此算法而推出一种频率测量方法,可以灵敏、准确地反映系统频率变化。将该算法用于所开发的同步相量测量装置中,实验结果表明该算法正确,且能满足精度要求。     

基于频率跟踪的定频采样测量算法

针对传统测量算法的改进,提出一种基于软件的频率跟踪测量算法,应用于固定频率的保护和测控一体化装置。在较低的固定采样频率下根据采样值实时计算出被测量的实际频率,再根据频率偏差用软件算法补偿修正被测量,进而得到准确的测量值。仿真结果表明,该算法可以在较宽的频率范围内,对含有谐波的交流量实现精确测量。该算法应用于实际的数字式保护测控装置,既不影响继电保护动作,又能满足测量精度,取得了良好的效果。     

基于欠采样的频率测量方法

奈奎斯特采样定理限制采样率必须大于输入信号频率的2倍以上,因而对高频信号进行精密测量需要花费昂贵成本来得到适合的高采样率,本文提出一种欠采样的频率测量算法,也就是用不符合采样定律的特定低采样率对高频信号进行采集,采用互相关算法对采集所得的数据进行处理,最终实现了对高频信号的精密测量。试验结果得出:应用该算法采样能得到较逼真的波形,对于5MHz以上的高频信号,频率信息仍能精准的保留。运用该方法测量10MHz的信号,频率测量精度可达10?12量级。     

谐波相量测量的FIR滤波算法

为实现广域范围内谐波相量监测,需要研究与谐波相量功能相适应的测量算法。参照同步相量测量P类要求,研究长度为2周波有限冲激响应(finite impulse response,FIR)带通滤波器,实现各次谐波同步相量快速准确测量。通过研究滤波器频响特性与频偏条件下由基波、被测谐波、干扰谐波和宽带噪声引起测量误差之间定量关系,定义多项滤波器技术指标,根据误差要求制定滤波器设计准则,并由动态谐波相量虚指数函数模型和加权最小二乘算法实现滤波器的具体设计。仿真试验验证了所设计算法在系统稳态和动态条件下性能良好。     

Least square and Kalman based methodsfor dynamic phasor estimation: a review

The characterization of sinusoidal signals with time varying amplitude and phase is useful and applicable for many fields. Therefore several algorithms have been suggested to estimate main aspects of these signals. Within no standard approach to test the properties of these algorithms, it seems to be helpful to discuss a large class of algorithms according to their properties. In this paper, six methods of estimating dynamic phasor have been reviewed and discussed which three of them are based on least square and others are based on Kalman filter. Taylor expansion is used as a first step and continued with least square or Kalman filter in accordance with the proposal observer of each method. The theoretical processes of these methods are briefly clarified. The characterizations have been made by some tests in time and frequency domains. The tests include amplitude step, phase step, frequency step, frequency response, total vector error, transient monitor, noise, sample number, computation time, harmonic and DC offset which build a framework to compare the different methods.