一种适用于m类pmu单元的同步相量测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于M类PMU单元的同步相量测量方法，该方法包括：将针对相量因子的低通数字滤波器与离散傅立叶算法DFT相结合，计算得到消除频谱泄漏后的初始量测相量；利用二阶泰勒级数对所述动态相量进行拟合，获得DFT平均化效应造成的量测误差，并基于该误差对所述初始相量进行补偿，获得精确的动态量测相量；在相量上传处设置一针对M类相量量测单元PMU的低阶数字滤波器，将所述精确的量测相量作为输入，获得最终量测相量。通过采用本发明公开的方法，在输入为静态信号及动态信号时，均可准确且快速地进行相量量测，其相量量测精度可以满足IEEE?C37.118.1的要求，并普遍可高出一个数量级。
【专利说明】一种适用于M类PMU单元的同步相量测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及同步相量测量【技术领域】，尤其涉及一种适用于M类PMU单元的同步相
量测量方法。
【背景技术】
[0002]相量测量单元(Phasor Measurement Unit, PMU)的应用对电力系统的量测技术带来了革命性的变革。除了可提供同步相量，其高精度及高速的上传频率的优点，亦成为其在动态安全监控中广泛地作为相量数据源的原因。IEEE C37.118.1规定:M类PMU主要用于电力系统信号的同步量测及分析等应用，它不需要具有快速的响应速度，但要求精确相量量测的频带较宽，且必须具有消除带外频率分量的功能。因此，M类PMU能否在较宽的频带上获得精确的量测相量，且不受带外信号的影响，是基于M类PMU的应用能否对电力系统信号进行正确分析的关键。
[0003]离散傅立叶算法(Discrete Fourier transform,DFT)因为其可将额定频率分量从含有谐波分量的波形中提取出来以及其计算简单的特性，而在PMU中广泛地得到应用。但是，DFT是基于相量的各个参数在计算时间窗内不变，且频率为额定频率的假设基础上的。在电力系统动态过程中，这一假设是不成立的，相量的各个参数将随时间变化而变化。因此，由于DFT本身的缺陷将在相量量测中导致两个问题。第一，频率发生偏移以及动态信号输入都会造成频谱泄漏；第二，静态相量模型将导致DFT的平均化效应，从而在动态条件下产生较大误差。
[0004]2011年，发布了 PMU标准IEEE C37.118.10相比较于旧版PMU标准IEEEC37.118-2005，新的标准在量测测试范围上有了较大地升级。例如，增加了动态条件下的量测精度的规定，以及频率及频率变化率的量测精度要求。
[0005]随着IEEE以及中国PMU标准的发布及逐步完善，PMU动态条件下的量测精度受到越来越多的研究机构地重视，很多新的技术在算法中得到了应用。然而，目前并没有一个算法是基于动态相量模型，无法解决DFT因为动态输入信号而造成的频谱泄漏和平均化效应的问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种适用于M类PMU单元的同步相量测量方法，该方法在输入为静态信号及动态信号时，均可准确且快速地进行相量量测，其相量量测精度可以满足IEEE C37.118.1的要求，并普遍可高出一个数量级。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0008]一种适用于M类PMU单元的同步相量测量方法，该方法包括:
[0009]将针对相量因子的低通数字滤波器与离散傅立叶算法DFT相结合，计算得到消除频谱泄漏后的初始量测相量；
[0010]利用二阶泰勒级数对所述动态相量进行拟合，获得DFT平均化效应造成的量测误差，并基于该误差对所述初始相量进行补偿，获得精确的动态量测相量；
[0011]在相量上传处设置一针对M类相量量测单元PMU的低阶数字滤波器，将所述精确的量测相量作为输入，获得最终量测相量。
[0012]由上述本发明提供的技术方案可以看出，该测量方法无论是输入静态信号还是动态信号，都可以准确快速地进行相量量测，其相量量测精度不仅满足标准要求，并普遍高出标准一个数量级。该方法不仅可在频率偏移、电力系统振荡、失步以及故障时准确的量测相量，对整次谐波、非整次谐波及带外信号具有免疫功能。在该方法中采用了大量的查表技术，且并不需要较高的采样率，所以对现代的硬件来说计算负担并不重，可在实际装置中实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0014]图1为本发明实施例一提供的一种适用于M类PMU单元的同步相量测量方法的流程图；
[0015]图2为本发明实施例一提供的幅值量测误差与频率的关系示意图；
[0016]图3为本发明实施例一提供的仿真频率扫面测试中不同基波频率下的TVE最大值示意图；
[0017]图4为本发明实施例一提供的仿真频率扫面测试中不同基波频率下的频率及频率变化率误差最大值示意图；
[0018]图5为本发明实施例一提供的仿真带外测试中不同调制频率下最大TVE示意图；
[0019]图6为本发明实施例一提供的仿真带外测试中不同调制频率下最大频率误差的示意图；
[0020]图7为本发明实施例一提供的仿真调制测试中不同调制频率下最大TVE示意图；
[0021]图8为本发明实施例一提供的仿真调制测试中不同调制频率下最大频率误差的示意图；
[0022]图9为本发明实施例一提供的仿真调制测试中不同调制频率下最大频率变化率误差的示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0024]实施例一
[0025]图1为本发明实施例一提供的一种适用于M类PMU单元的同步相量测量方法的流程图。如图1所示，该方法主要包括如下步骤:[0026]步骤11、将针对相量因子的低通数字滤波器与离散傅立叶算法DFT相结合，计算得到消除频谱泄漏后的初始量测相量。
[0027]本发明实施例中，所述针对相量因子的低通数字滤波器基于二阶泰勒级数的动态相量数学模型而获得；所述动态相量参数包括幅值、相角、频率以及频率变化率；上述参数在计算时间窗内都随时间变化而变化。
[0028]示例性的，首先将动态基频信号表示为:
[0029]
【权利要求】
1.一种适用于M类PMU单元的同步相量测量方法，其特征在于，该方法包括: 将针对相量因子的低通数字滤波器与离散傅立叶算法DFT相结合，计算得到消除频谱泄漏后的初始量测相量； 利用二阶泰勒级数对所述动态相量进行拟合，获得DFT平均化效应造成的量测误差，并基于该误差对所述初始相量进行补偿，获得精确的动态量测相量； 在相量上传处设置一针对M类相量量测单元PMU的低阶数字滤波器，将所述精确的量测相量作为输入，获得最终量测相量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对相量因子的低通数字滤波器基于二阶泰勒级数的动态相量数学模型而获得； 所述动态相量参数包括幅值、相角、频率以及频率变化率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述动态相量的数学模型公式为:
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述计算得到消除频谱泄漏后的初始量测相量的公式为:
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获得精确的动态量测相量包括:获得精确的动态量测相量幅值、相角、频率以及频率变化率； 其中，获得精确的动态量测相量幅值的步骤包括: 将初始量测相量的计算公式改写为相量因子的形式:
【文档编号】G01R25/00GK104020352SQ201410253799
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月9日 优先权日:2014年6月9日
【发明者】刘灏, 毕天姝 申请人:华北电力大学