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。     

适用于保护控制的同步相量测量方法

近年来,电力系统电力电子化特征导致输配电网动态特性耦合紧密,系统性故障频发。同步相量测量单元(PMU)在动态安全控制中作用愈发重要。适用于智能配电网的同步相量测量装置的研究也得到广泛开展。如何在当前复杂电气信号条件下保证相量测量精度的同时,缩短其阶跃条件下的响应时间对保护控制应用至关重要。文中提出一种适用于保护控制的同步相量测量方法。该方法揭示了阶跃信号对相量测量的影响机理,分析了相量模型参数在阶跃信号条件下的行为规律,提出了信号阶跃识别方法。进一步,揭示了阶跃量大小与动态相量模型参数突变量的线性关系,提出了阶跃过程中相量修正方法,减少了相量计算的响应时间。仿真与实际录波数据测试验证了所提方法可有效减少响应时间,为智能配电网保护控制提供快速准确的测量数据。     

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。     

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。     

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.     

适用于PMU现场测试校准的参考值测量算法

同步相量测量装置(phasormeasurementunit,PMU)作为有效的电力系统动态监测手段,可为电力系统实现先进感知提供数据基础。因此,进行PMU现场测试与校准,以保证其运行质量至关重要。该文提出一种适用于PMU现场测试校准的相量测量算法,可为PMU的现场测试提供误差分析的参考值。该方法基于通用电力信号模型,揭示出电力系统静动态过程的基频相量测量原理,分析了相量算法实时测量的频谱特性,提出基于低通数字滤波器频域位移的相量测量系数设计方法,实现了基波相量的高精度测量。进一步,为解决传统频率、频率变化率算法在振荡时测量误差较大的问题,提出基于最小二乘法滤波特性的频率和频率变化率测量方法。仿真、硬件测试与现场录波数据测试表明,所提算法在PMU标准规定的单项测试与系统实际复杂工况下的测量精度均高于标准要求1个数量级以上,可用于PMU的现场测试与校准。     

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。     

同步相量测量单元及其误差分析

在介绍了利用相量法计算电力系统参数原理的基础上,给出基于高速和双串口中央处理器DS80C32的相量测量单元PMU(Phasor Measurement Unit)的系统硬件组成。PMU的同步时钟由全球定位系统GPS(Global Positioning System)提供。用此方法计算得到系统各节点的线路序参数,与传统线路参数测量方法的结果相比,具有测量精度更高、结果更准确的优点。     

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。     

新型配电网同步相量装置测试与实际电网应用

配电网同步相量测量装置是配电网同步测量系统的核心装置,为实现配电网动态监测与控制提供基础数据.而配电网环境中存在多种谐波、间谐波干扰成分和动态场景.因此,同步相量算法作为关键技术需要在复杂测量环境下兼顾测量精度和动态响应性能.本文基于所提出的新型配电网同步相量算法和新研制的新型配电网同步相量装置,搭建了高精度同步相量测...     

一种估计同步发电机功角的新方法

功角是表征同步发电机运行状态和电力系统稳定性的重要参量，该文提出一种测量同步发电机功角的新方法，它利用发电机输出电压、电流的交流采样值和部分机组参数来估计功角，克服了传统电气计算方法在机组暂态过程中因受参数时变、磁饱和影响导致测量精度低的缺点。阐述了测量算法的推导和实现步骤，并将方法集成到同步相量测量单元(PMU)中；通过动态模拟试验验证方法的有效性，与脉冲方法实测的结果进行了比较。试验表明，提出的方法在系统稳态和暂态过程中都能获得满意的估计精度。由于方法仅依赖于电气量采样，易于实现，且成本远低于采用非电气传感器的测量方法。     

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。     

基于CML的配电网μPMU相量测量算法

配电网受谐波和噪声干扰严重,电压相量的计算难度更大,传统的输电网相量测量精度不能满足配电网的要求。为提高配电网电压相量幅值和相角的测量精度,提出了一种基于条件最大似然估计法(conditional maximum likelihood estimation,CML)的配电网微型同步相量测量单元(μPMU)的相量测量方法。该算法建立了三相不平衡系统的信号模型,在待测量最多包含两个未知量且待测量矩阵与单位矩阵正交不等于零时,利用三相矩阵与样本协方差矩阵的特征向量正交来获取待测量,进而通过几何特性推导出电压相量的幅值及相位表达式,降低了运算量。通过Matlab进行了仿真验证,仿真结果表明所提方法能够在一定程度上提高配电网电压相量幅值和相位的测量精度。     

一种提高同步相量测量装置动态性能的新算法及其测试研究

近年来国内外对同步相量测量装置动态性能的要求成为这一领域的热点。分析了当前相量测量装置主要采用的基于频率偏移的DFT修正算法,发现该算法在系统频率偏离额定频率很小的静态条件下具有很高的精度;当系统发生如低频振荡、故障、失步等动态变化过程时,算法的精度不够。给出一种不仅能适应于电力系统静态条件也能适应于动态变化过程的相量测量的新算法,给出了算法的具体实现过程。最后介绍了最新制定的同步相量测量装置动态性能的测试规范项目及其测试方法。     

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。     

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...     

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。     

抗谐波干扰的偏π/3同步相量相角测量算法

传统离散傅里叶变换(DFT)算法在测量同步相量相角时会由于非同步采样产生测量误差,且在谐波干扰下测量精度较低。为此,分析DFT算法产生的误差,提出一种偏π/3同步相量相角测量算法。算法构建与当前相量相位相差±π/3的2个虚拟相量,将当前相量与虚拟相量进行算术运算得到合成相量,通过计算合成相量相角来计算当前相量相角。该算法利用相量之间的平衡关系大幅度地减小了动态误差,并且具有较强的抗谐波干扰能力。数值实验结果表明,该算法在谐波干扰下具有较高的测量精度,同时,响应速度也满足电网对实时性的要求。     

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。