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。     

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。     

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。     

提高配电网PMU测量精度的全景补偿方法

配电网线路长度通常较短,且受噪声及谐波影响严重,要实现配电网的监测、控制和状态估计,亟须研制配电网同步相量测量装置（D-PMU）。高精度的测量是配电网可观可控的基石,而交流采样环节是保证D-PMU测量性能的核心。基于交流采样环节的硬件误差来源分析,提出了误差渐进减小的工程全方位应用场景补偿方法（简称全景补偿方法）：①通过出厂标校,消除系统固定误差;②通过三次多项式拟合进行全量程补偿,被试装置达到应用需求精度;③通过二次多项式拟合进行温漂补偿,提升D-PMU现场运行精度。基于提出的全景补偿方法改进D-PMU,搭建了人工模拟环境,测试结果表明所提方法可有效提高D-PMU相量测量精度。     

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。     

基于加窗插值FFT的PMU校验方法

非同步采样产生的频谱泄露和栅栏效应,严重影响了信号参数的分析精度,无法完成PMU(同步相量测量单元)的校验,因此提出了Nuttall窗插值FFT算法,推导出幅度、相位、频率的修正公式。通过仿真和实验验证该算法达到很高的计算精度,并且基于高精度数据提出的PMU校验方法有效地实现数据对比分析。最终根据本算法及校验方法设计出了高精度的PMU校验仪,实现了PMU的高精度校验,确保了电网的安全稳定运行。     

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。     

计及PMU的状态估计精度分析及配置研究

基于GPS的同步相量测量单元（PMU）是一种新型的高精度测量装置,能够测量母线电压相量。该文提出了在传统的SCADA量测系统的基础上,部分地安装PMU以后混合量测系统的状态估计模型。基于此模型,可定量地分析引入PMU以后对状态估计精度的改善程度。进而讨论了以提高状态估计精度为目标的PMU配置方案。     

基于PMU的输电线路参数识别在南方电网的实时应用

传统的线路阻抗参数计算方法实质上是一种近似方法,只是估计了线路的长度和弧垂,但忽略了气温变化对线路参数的影响。近年来相量测量单元技术的发展使得利用PMU更精确地计算线路阻抗参数成为可能。随着电网系统中安装了越来越多的PMU,南方电网开发并实施了一套基于相量测量单元的电力线路阻抗参数在线计算系统TPIS,用以更新能量管理系统数据库中的线路阻抗参数。TPIS创新性地提出了一种利用PMU进行电力线路参数在线计算的方法。该方法对现有方法进行了改进,在利用EMS中线路参数时考虑了参数误差,同时增加了物理性约束条件,从而使得该方法能够应对目前实际系统不同运行状态下PMU数据精度的不确定性,解决了对高精度PMU数据的依赖。此外,TPIS通过对在线获取的PMU数据进行多次重复采样,并对多次采样的计算结果进行统计学分析,提出了一种可以用来评估计算结果可信度的指标。     

计及PMU电压和电流量测量的三相状态估计的研究

基于GPS的同步相量测量单元（PMU）是一种新型的高精度测量装置,能够测量母线电压相量和支路电流相量.提出了基于PMU母线电压量测和支路电流量测的三相状态估计模型,在谐波测量中采用高精度FFT算法,有效地提高了测量精度.提出的基于PMU量测的三相状态估计和谐波状态估计可以从根本上解决电力系统电压、电流非纯正弦和三相不平衡所带来的误差影响,提高了状态估计精度和稳定性,最后讨论了对该算法的评估方法.     

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。     

基于泰勒级数和离散傅里叶变换的综合自适应相量算法

针对传统相量算法在动态过程中难以同时满足精度和速度要求的问题,提出一种基于泰勒级数和离散傅里叶变换(DFT)的综合自适应相量算法。该算法对稳态和动态情况,分别设计了时域算法和频域算法两种计算模式,并通过反推校验实现二者间的自适应切换。具体地,时域算法利用两相邻数据窗进行DFT分析,并根据特定精度要求进行简化,以此计算频率和相量;频域算法对电力信号模型进行泰勒级数展开,并通过一个数据窗的基波和各谐波含量计算相量、频率和频率变化率。仿真分析和实验测试结果均表明,在稳态和动态情况下所述算法的量测精度和响应性能均优于传统算法及相应的商用同步相量测量装置,满足实际应用要求。     

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。     

基于奇异值分解的PMU数据恢复法

同步相量量测单元(phasor measurement units,PMUs)因其同步性、快速性和准确性成为电网动态实时监测最有效的手段之一,并得到迅速发展。但由于通信堵塞、硬件故障、传输延迟等因素,现场PMU通常存在不同程度的数据丢失问题,严重制约其在电力系统中的应用与发展,甚至威胁电网安全。该文通过分析现场PMU量测信息,归纳了3种数据丢失类型;提出基于奇异值分解的动态数据成分分析方法,并采用盖氏圆法确定其最优特征成分数,可有效提取原始信号中各特征分量。进一步,提出基于训练、验证与丢失数据分类的数据恢复迭代计算方法,实现系统动态条件下仅利用单通道PMU量测信息的高精度数据恢复。通过仿真与实测数据验证该方法的可行性和准确性。该方法解决传统方法对系统动态信号丢失数据恢复失真的问题,为PMU量测信息更好的应用于电力系统的各个方面提供保证。     

Multi‐objective PMU placement optimization considering the placement cost including the current channel allocation and state estimation accuracy

The optimal phasor measurement unit (PMU) placement problem in power systems has been considered and investigated by many researchers for accurate and fast state estimation by PMUs. However, the current channel cost of the PMU affects the total placement cost. This paper proposes a novel formulation in the multi‐objective optimal PMU placement, which minimizes the PMU placement cost with the current channel selection and the state estimation error. The current channel selection is represented as a decision variable in the optimization. For trade‐off objective functions, the Pareto approach by nondominated sorting genetic algorithm II (NSGA‐II) is applied in the optimization. The result of the numerical experiment in this paper demonstrates the advantage of considering the appropriate PMU current channel allocation, compared with the conventional method that ignores it, in the modified IEEE New England 39‐bus test system. As a result, the proposed method obtained a better Pareto solution compared with the conventional one because of the consideration for the current channel selection. An advantage of the proposed PMU placement is that it is able to reduce the total PMU placement cost while maintaining the state estimation accuracy.     

基于混合量测的二次线性状态估计方法及其工程应用

基于相量测量单元(PMU)和数据采集与监控(SCADA)混合量测进行状态估计计算时,如果仍采用传统非线性估计模型,将面临PMU量测计算权值难以确定、PMU量测坏数据辨识不准、相角参考点和成熟商用程序改动等多方面问题。提出了一种基于混合量测的二次线性状态估计方法。该方法在传统非线性状态估计收敛后,利用其结果中的各节点电压幅值及相角估计值和PMU相量量测再进行二次线性状态估计计算,有效解决了上述问题。最后结合电网实例验证了该方法的有效性。     

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。     

基于全网架相量测量的抗差状态估计算法

鉴于海南电网实现了主网架全PMU覆盖,提出了一种基于全PMU量测的抗差状态估计算法。该算法以测点正常率最大为目标,兼顾功率、电压相量和电流相量量测,采用现代内点法实现系统非线性模型的高效求解。由于充分利用所有PMU量测数据,该算法可有效排除不良数据的影响。算例表明,所提算法显著地提升了状态估计的收敛率、合格率和计算频率。     

电力系统次同步和超同步谐波相量的检测方法

针对现有基于基波相量检测的动态监测装置和系统不能满足精确检测次(超)同步谐波的要求,提出一种能够同时检测次(超)同步谐波和基波相量的新方法,它改进了现有定间隔采样相量校正算法,通过自动频率检测、多模式滤波和相量校正方法,可在信号内包含多个非整次谐波分量的情况下,高精度检测出所有次(超)同步谐波和基波相量。给出了检测方法的原理和实现,采用理想测试信号和工程实际数据测试并验证了方法的精度和抗噪声能力。