一種適用于m類(lèi)pmu單元的同步相量測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于M類(lèi)PMU單元的同步相量測(cè)量方法，該方法包括：將針對(duì)相量因子的低通數(shù)字濾波器與離散傅立葉算法DFT相結(jié)合，計(jì)算得到消除頻譜泄漏后的初始量測(cè)相量；利用二階泰勒級(jí)數(shù)對(duì)所述動(dòng)態(tài)相量進(jìn)行擬合，獲得DFT平均化效應(yīng)造成的量測(cè)誤差，并基于該誤差對(duì)所述初始相量進(jìn)行補(bǔ)償，獲得精確的動(dòng)態(tài)量測(cè)相量；在相量上傳處設(shè)置一針對(duì)M類(lèi)相量量測(cè)單元PMU的低階數(shù)字濾波器，將所述精確的量測(cè)相量作為輸入，獲得最終量測(cè)相量。通過(guò)采用本發(fā)明公開(kāi)的方法，在輸入為靜態(tài)信號(hào)及動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，均可準(zhǔn)確且快速地進(jìn)行相量量測(cè)，其相量量測(cè)精度可以滿(mǎn)足IEEE?C37.118.1的要求，并普遍可高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種適用于M類(lèi)PMU單元的同步相量測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及同步相量測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種適用于M類(lèi)PMU單元的同步相
量測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相量測(cè)量單元(Phasor Measurement Unit, PMU)的應(yīng)用對(duì)電力系統(tǒng)的量測(cè)技術(shù)帶來(lái)了革命性的變革。除了可提供同步相量，其高精度及高速的上傳頻率的優(yōu)點(diǎn)，亦成為其在動(dòng)態(tài)安全監(jiān)控中廣泛地作為相量數(shù)據(jù)源的原因。IEEE C37.118.1規(guī)定:M類(lèi)PMU主要用于電力系統(tǒng)信號(hào)的同步量測(cè)及分析等應(yīng)用，它不需要具有快速的響應(yīng)速度，但要求精確相量量測(cè)的頻帶較寬，且必須具有消除帶外頻率分量的功能。因此，M類(lèi)PMU能否在較寬的頻帶上獲得精確的量測(cè)相量，且不受帶外信號(hào)的影響，是基于M類(lèi)PMU的應(yīng)用能否對(duì)電力系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行正確分析的關(guān)鍵。
[0003]離散傅立葉算法(Discrete Fourier transform,DFT)因?yàn)槠淇蓪㈩~定頻率分量從含有諧波分量的波形中提取出來(lái)以及其計(jì)算簡(jiǎn)單的特性，而在PMU中廣泛地得到應(yīng)用。但是，DFT是基于相量的各個(gè)參數(shù)在計(jì)算時(shí)間窗內(nèi)不變，且頻率為額定頻率的假設(shè)基礎(chǔ)上的。在電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程中，這一假設(shè)是不成立的，相量的各個(gè)參數(shù)將隨時(shí)間變化而變化。因此，由于DFT本身的缺陷將在相量量測(cè)中導(dǎo)致兩個(gè)問(wèn)題。第一，頻率發(fā)生偏移以及動(dòng)態(tài)信號(hào)輸入都會(huì)造成頻譜泄漏；第二，靜態(tài)相量模型將導(dǎo)致DFT的平均化效應(yīng)，從而在動(dòng)態(tài)條件下產(chǎn)生較大誤差。
[0004]2011年，發(fā)布了 PMU標(biāo)準(zhǔn)IEEE C37.118.10相比較于舊版PMU標(biāo)準(zhǔn)IEEEC37.118-2005，新的標(biāo)準(zhǔn)在量測(cè)測(cè)試范圍上有了較大地升級(jí)。例如，增加了動(dòng)態(tài)條件下的量測(cè)精度的規(guī)定，以及頻率及頻率變化率的量測(cè)精度要求。
[0005]隨著IEEE以及中國(guó)PMU標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布及逐步完善，PMU動(dòng)態(tài)條件下的量測(cè)精度受到越來(lái)越多的研究機(jī)構(gòu)地重視，很多新的技術(shù)在算法中得到了應(yīng)用。然而，目前并沒(méi)有一個(gè)算法是基于動(dòng)態(tài)相量模型，無(wú)法解決DFT因?yàn)閯?dòng)態(tài)輸入信號(hào)而造成的頻譜泄漏和平均化效應(yīng)的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種適用于M類(lèi)PMU單元的同步相量測(cè)量方法，該方法在輸入為靜態(tài)信號(hào)及動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，均可準(zhǔn)確且快速地進(jìn)行相量量測(cè)，其相量量測(cè)精度可以滿(mǎn)足IEEE C37.118.1的要求，并普遍可高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0007]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種適用于M類(lèi)PMU單元的同步相量測(cè)量方法，該方法包括:
[0009]將針對(duì)相量因子的低通數(shù)字濾波器與離散傅立葉算法DFT相結(jié)合，計(jì)算得到消除頻譜泄漏后的初始量測(cè)相量；
[0010]利用二階泰勒級(jí)數(shù)對(duì)所述動(dòng)態(tài)相量進(jìn)行擬合，獲得DFT平均化效應(yīng)造成的量測(cè)誤差，并基于該誤差對(duì)所述初始相量進(jìn)行補(bǔ)償，獲得精確的動(dòng)態(tài)量測(cè)相量；
[0011]在相量上傳處設(shè)置一針對(duì)M類(lèi)相量量測(cè)單元PMU的低階數(shù)字濾波器，將所述精確的量測(cè)相量作為輸入，獲得最終量測(cè)相量。
[0012]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，該測(cè)量方法無(wú)論是輸入靜態(tài)信號(hào)還是動(dòng)態(tài)信號(hào)，都可以準(zhǔn)確快速地進(jìn)行相量量測(cè)，其相量量測(cè)精度不僅滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，并普遍高出標(biāo)準(zhǔn)一個(gè)數(shù)量級(jí)。該方法不僅可在頻率偏移、電力系統(tǒng)振蕩、失步以及故障時(shí)準(zhǔn)確的量測(cè)相量，對(duì)整次諧波、非整次諧波及帶外信號(hào)具有免疫功能。在該方法中采用了大量的查表技術(shù)，且并不需要較高的采樣率，所以對(duì)現(xiàn)代的硬件來(lái)說(shuō)計(jì)算負(fù)擔(dān)并不重，可在實(shí)際裝置中實(shí)現(xiàn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種適用于M類(lèi)PMU單元的同步相量測(cè)量方法的流程圖；
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的幅值量測(cè)誤差與頻率的關(guān)系示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明實(shí)施例一提供的仿真頻率掃面測(cè)試中不同基波頻率下的TVE最大值示意圖；
[0017]圖4為本發(fā)明實(shí)施例一提供的仿真頻率掃面測(cè)試中不同基波頻率下的頻率及頻率變化率誤差最大值示意圖；
[0018]圖5為本發(fā)明實(shí)施例一提供的仿真帶外測(cè)試中不同調(diào)制頻率下最大TVE示意圖；
[0019]圖6為本發(fā)明實(shí)施例一提供的仿真帶外測(cè)試中不同調(diào)制頻率下最大頻率誤差的示意圖；
[0020]圖7為本發(fā)明實(shí)施例一提供的仿真調(diào)制測(cè)試中不同調(diào)制頻率下最大TVE示意圖；
[0021]圖8為本發(fā)明實(shí)施例一提供的仿真調(diào)制測(cè)試中不同調(diào)制頻率下最大頻率誤差的示意圖；
[0022]圖9為本發(fā)明實(shí)施例一提供的仿真調(diào)制測(cè)試中不同調(diào)制頻率下最大頻率變化率誤差的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]實(shí)施例一
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種適用于M類(lèi)PMU單元的同步相量測(cè)量方法的流程圖。如圖1所示，該方法主要包括如下步驟:[0026]步驟11、將針對(duì)相量因子的低通數(shù)字濾波器與離散傅立葉算法DFT相結(jié)合，計(jì)算得到消除頻譜泄漏后的初始量測(cè)相量。
[0027]本發(fā)明實(shí)施例中，所述針對(duì)相量因子的低通數(shù)字濾波器基于二階泰勒級(jí)數(shù)的動(dòng)態(tài)相量數(shù)學(xué)模型而獲得；所述動(dòng)態(tài)相量參數(shù)包括幅值、相角、頻率以及頻率變化率；上述參數(shù)在計(jì)算時(shí)間窗內(nèi)都隨時(shí)間變化而變化。
[0028]示例性的，首先將動(dòng)態(tài)基頻信號(hào)表示為:
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種適用于M類(lèi)PMU單元的同步相量測(cè)量方法，其特征在于，該方法包括: 將針對(duì)相量因子的低通數(shù)字濾波器與離散傅立葉算法DFT相結(jié)合，計(jì)算得到消除頻譜泄漏后的初始量測(cè)相量； 利用二階泰勒級(jí)數(shù)對(duì)所述動(dòng)態(tài)相量進(jìn)行擬合，獲得DFT平均化效應(yīng)造成的量測(cè)誤差，并基于該誤差對(duì)所述初始相量進(jìn)行補(bǔ)償，獲得精確的動(dòng)態(tài)量測(cè)相量； 在相量上傳處設(shè)置一針對(duì)M類(lèi)相量量測(cè)單元PMU的低階數(shù)字濾波器，將所述精確的量測(cè)相量作為輸入，獲得最終量測(cè)相量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述針對(duì)相量因子的低通數(shù)字濾波器基于二階泰勒級(jí)數(shù)的動(dòng)態(tài)相量數(shù)學(xué)模型而獲得； 所述動(dòng)態(tài)相量參數(shù)包括幅值、相角、頻率以及頻率變化率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述動(dòng)態(tài)相量的數(shù)學(xué)模型公式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算得到消除頻譜泄漏后的初始量測(cè)相量的公式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述獲得精確的動(dòng)態(tài)量測(cè)相量包括:獲得精確的動(dòng)態(tài)量測(cè)相量幅值、相角、頻率以及頻率變化率； 其中，獲得精確的動(dòng)態(tài)量測(cè)相量幅值的步驟包括: 將初始量測(cè)相量的計(jì)算公式改寫(xiě)為相量因子的形式:
【文檔編號(hào)】G01R25/00GK104020352SQ201410253799
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】劉灝, 畢天姝 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)