电力系统实时相角监测系统动模试验研究

介绍了一种新型电力系统实时相角监测系统及其动态模拟实验结果。实时相角监测系统由参考相角测量装置、相角测量装置、调度端计算机和通信系统构成 ,实现了全网集中相角监视。构造了 3机动态模拟实验系统 ,对实时相角监测系统进行了全面的测试 ,包括正常工况、短路和低频震荡 ,验证了实时相角监测系统在动态情况下所有相角测量装置录波的启动、录波数据的传递等 ,实验结果令人满意     

面向宽频振荡抑制的宽频相量测量装置

快速实时测量宽频相量对于宽频振荡抑制有着重要意义。然而,已有宽频相量测量装置主要面向监测类应用,响应速度慢。研制了一种面向宽频振荡抑制的宽频相量测量装置。该装置采用加窗插值离散傅里叶变换算法,实现多模式宽频相量测量;采用较短时间窗缩短算法的动态响应时间;通过2个数字信号处理器并行计算分别完成基波和谐波/间谐波相量测量。通过性能测试发现,所研制的宽频相量测量装置响应速度快、准确度高,能满足宽频振荡抑制等应用对相关性能的要求。     

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。     

GPS技术在实时相角测量中的应用

在实时相角测量系统中用ＧＰＳ和晶振建立了高精度的统一时间系统,它克服了ＧＰＳ系统时间的离散性和可能再现的死锁,保证了每台实时相角测量装置测量相角的精确性。论述了相角测量装置的测量原理,以及实时相角测量装置和实时相角测量系统的构成,并展望了实时相角在集中监控、状态估计、ＦＡＣＴＳ、稳定控制等方面的应用。     

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。     

A fast quality assessment algorithm for phasor measurements

This paper proposes two procedures to compute the quality of phasor estimations. These procedures will enable phasor measurement units (PMUs) to report, with each measurement, the quality of the estimated phasor. The procedures rely solely on measured data and are independent of the algorithm used to obtain the phasor estimate. These procedures were conceived by requiring a reduced number of numerical operations to make its implementation possible in microcontroller-based PMUs. Perhaps the most important contribution of this paper is the suggestion that phasor measurements should, along with the time stamp, carry information on the quality of the phasor estimation.     

A Novel Topological Genetic Algorithm-Based Phasor Measurement Unit Placement and Scheduling Methodology for Enhanced State Estimation

Phasor measurement units are emerging as a potential tool for on-line power system state estimation. Incorporation of phasor measurement units to the existing power system's monitoring system is impeded by various physical and economic constraints. This article proposes a novel topological genetic algorithm for optimal placement of phasor measurement units along with existing conventional measurement units such that state estimation can be achieved with enhanced accuracy and immunity against power grid contingencies. The proposed algorithm optimally places phasor measurement units so that complete observability of the power system is achieved through them and enhanced redundancy in measurement can be accomplished through conventional measurement units. Since practical phasor measurement unit placements are accomplished in multiple horizons, intelligent sorting and phase optimization methodologies have been presented to attain maximum observability during phasing periods. Placement of phasor measurement units with multiple channel limits has also been studied in this article. The efficacy of the proposed topological genetic algorithm for optimizing the number of phasor measurement units and enhancing state estimation under various operating conditions has been validated through extensive simulation studies conducted in IEEE standard bus systems. Practical case studies have been performed in the western and southern region Indian power grids.     

Synchronized Phasor and Frequency Measurement Under Transient Conditions

Synchronized phasor measurements are becoming an important element of wide area measurement systems used in advanced power system monitoring, protection, and control applications. The recently issued revised standard C37.118 for synchrophasors has facilitated interoperability of phasor measurement units (PMUs) from different manufacturers. This standard defines performance for compliance when the input signals are in steady state. The performance of PMUs under transient conditions is not considered by the standard at this time, although clearly PMUs will be subjected to inputs under transient conditions. This paper is an attempt to provide the authors' views on how one may approach the question of standardizing PMU response under transient conditions.      

同步相量测量技术在变电站间隔层中的应用

通过对装置同步测量技术基本概念的介绍,结合了IEC61850标准的研究,分析了PMU装置在变电站间隔层中的应用,提出通过PMU装置的同步测量技术在变电站间隔层中实现测量数据共享,改进现有控制和保护的技术模式,提高变电站的自动化能力.     

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。     

非接触式电压相量测量算法

同步相量测量技术为电网动态安全监测提供了数据基础,非接触式电压传感技术具备安全、便捷、成本低的优势,有利于测量装置实现海量布点。现有非接触式电测量的缺陷在于复杂电压经探头传变后二次侧输出电压发生畸变,难以还原一次侧电压相量。为解决电压畸变问题,文中提出了一种对带内信号分频计算的相量测量算法。首先对探头输出电压进行预处理,滤除带外信号与噪声,随后采用矩阵束法计算带内信号频率,以此构建信号模型进行时域拟合求解带内信号相量,最后将带内信号相量还原至一次侧后合成得到综合相量。仿真结果表明,所提方法能够利用探头二次侧输出电压采样值计算一次侧电压相量。实验数据显示所提方法的幅值测量误差小于4.5%,相位误差小于1°,频率误差小于0.04 Hz,频率变化率误差小于4 Hz/s。     

利用PMU测量节点间相角差进行孤岛故障诊断

电力系统的非计划孤岛运行严重影响电力系统运行的稳定性,对含分布式电源的配电网进行实时的孤岛检测,尽量缩短孤岛运行的时间具有重要意义。为了更快、更准确的进行孤岛检测,利用PMU(Phasor Measurement Unit)测得配电网系统侧与微电网接入端相角数据,通过判断计算得到的两节点处的相角差值是否超过设定阈值进行孤岛检测;通过改进PMU频率跟踪DFT(Discrete Fourier Transform)算法,提高了PMU测量数据的测量精度;利用Matlab仿真软件对非计划孤岛运行场景进行仿真分析,验证了文中所提出方法的有效性。     

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。     

计及PMU的混合非线性状态估计新方法

提出一种将同步相量测量单元（PMU）的直接电压相量量测变换为间接支路电流量测,并与监控与数据采集（SCADA）量测量一起进行混合迭代的非线性状态估计方法。对构造等效电流修正量而带来的间接量测误差进行了详细和定量的分析,并对该混合估计算法的精度进行了定性分析和定量计算。理论分析和算例表明,该方法可以获得较高的估计精度,在收敛次数和滤波效果上也有所改进。     

基于同步相量测量的电力系统等值及电压稳定评估

提出了一种基于同步相量测量的电力系统等值方法。该方法只需利用同步相量测量,即被监测负荷节点同步电压相量和电流相量,将系统等值成两节点系统。在此基础上以负荷阻抗模与系统等值阻抗模的差值和负荷阻抗模相比,作为判断电压稳定与否的指标,并且推导了在负荷模型为阻抗模型和功率模型时,该指标的正确性。采用EPRI-36节点系统进行仿真,验证了方法的正确性及合理性。     

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.     

发电机功角的实时计算方法

简述了发电机功角的重要性,介绍了确定发电机功角的测量法和计算法,提出一种基于同步相量测量的发电机功角计算模型,该方法利用机端电压、电流采样数据,简单、易于实现,有良好的模型适应性,可用于实时功角计算。通过仿真计算结果表明,该方法具有较好的精度,可满足工程要求。用于全网相量测量系统中,可准确监测功角动态变化,为系统的安全稳定监测提供了一定的基础。     

基于DFT的非同步采样情况下相量测量误差研究综述

首先介绍了相量测量及其标准,然后简单描述了DFT和递归DFT算法。电网的频率往往是波动的,使采样很难做到对被测信号进行整周期截断,FFT算法的栅栏效应和泄漏现象将会导致较大的测量误差[8]。讨论了几种常用的减小误差的方法,最后说明了相量误差校正的现实性和重要性。     

风电并网系统次/超同步振荡的动态监测方法研究

近年来,我国大规模风电基地中出现了新型次/超同步振荡问题,其频率具有时变特性。已有的同步相量测量单元(PMU)和广域测量系统无法准确监测其动态发展过程。鉴于此,本文首先探讨了次/超同步谐波对传统PMU算法的不良影响,剖析谐波引起基频相量测量误差的根源。其次,提出一种具有频率自适应控制能力的次/超同步谐波相量检测方法,能够准确判断系统中是否出现次同步振荡,并检测出基波相量和次/超同步谐波相量。最后,通过搭建实际系统的电磁暂态仿真模型分析验证了改进算法的有效性和精确性。