一种基于非线性回归的同步相量量测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及同步相量测量技术领域，尤其涉及一种基于非线性回归的同步相量量 测方法。
【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，分析PMU的静动态行为规律，并掌握PMU在静动态条件下的相量量测精 度是复杂电力系统实施有效动态安全监控措施的前提条件，目前存在两种PMU测试系统的 搭建方案，分别为基于高精度信号源的PMU静动态测试系统和基于高精度校准器的PMU静动 态测试系统。
[0003] 上述基于高精度信号源的PMU静动态测试系统便于操作，得到了快速发展和应用。 但是该测试系统对信号源精度要求较高;相比之下，基于高精度校准器的PMU静动态测试系 统对信号源没有过高的要求，弥补了第一种测试方案的不足，但此类测试系统对高精度校 准器的同步相量量测精度要求较高。
[0004] 现有技术方案中的同步相量测量方法主要分为:频域算法，即以离散傅里叶变换 (DFT)为基础的算法及其改进算法，如插值离散傅里叶（Interpolated Discrete Fourier Transform，IpDFT)算法;时域算法，即以加权最小二乘法为基础的算法，如非线性回归同步 相量量测算法。除此之外，还有卡尔曼滤波器法、小波分析方法、和小相量法等。其中，DFT算 法因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，得到 广泛地应用，但该算法采用静态相量模型，在电力系统动态过程中这一假设不成立，基于 DFT的改进算法虽然提高了同步相量量测精度，但无法从根本上弥补这一缺陷。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种基于非线性回归的同步相量量测方法，利用该方法无论 是输入静态信号还是动态信号，都可以准确地进行相量量测，其相量量测精度能够满足高 精度校准器对同步相量量测算法的要求。
[0006] -种基于非线性回归的同步相量量测方法，所述方法包括：
[0007] 针对不同的PMU测试信号建立相应的信号模型，所建立的信号模型的每个建模参 数均具有明确的物理意义；
[0008] 利用非线性回归算法对所输入的PMU测试信号进行同步相量量测。
[0009] 所述针对不同的PMU测试信号建立相应的信号模型，具体包括：
[0010]针对稳态测试、频率斜坡测试信号，所建立的信号模型表示为：
[0012]其中，Xrms表示输入的正弦信号的幅值有效值，fQ表示电力系统基频，Δ f表示电力 系统实际频率相对于基频的偏移量，Rf表示频率变化率，和表示以t = 0为初始时刻对应的 初始相角；
[0013]上述所建立的信号模型对应的动态同步相量表示为：
[0015] 所述针对不同的PMU测试信号建立相应的信号模型，具体包括：
[0016] 针对谐波测试信号，所建立的信号模型表示为：
[0018] 其中，Xrms,har为谐波分量幅值有效值，Δ fhar表不谐波分量频率偏移量，Rf,har表不 谐波分量频率变化率，#0?表示以t = 0为初始时刻谐波分量相角，即初始相角；
[0019]上述所建立的信号模型对应的动态同步相量表示为：
[0021 ]所述针对不同的PMU测试信号建立相应的信号模型，具体包括：
[0022]针对幅值相角的同时调制测试信号，所建立的信号模型表示为：
[0024] 其中，km表不幅值调制深度，fm表不调制频率，表不幅值调制初相角，ka表不相 角调制深度，心表示相角调制初相角；
[0025] 上述所建立的信号模型对应的动态同步相量表示为：
[0027] 在利用非线性回归法对所输入的PMU测试信号进行同步相量量测的过程中，对拟 合参数增量进行更新，具体包括：
[0028] 在迭代初期，当初始值远离解时，迭代步长较大，以便尽快接近真解；
[0029] 在迭代后期，当参数迭代值接近解时，迭代步长较小，以便精确高效求解。
[0030] 由上述本发明提供的技术方案可知，利用该方法无论是输入静态信号还是动态信 号，都可以准确地进行相量量测，其相量量测精度能够满足高精度校准器对同步相量量测 算法的要求。
【附图说明】
[0031] 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。
[0032] 图1为本发明实施例所提供基于非线性回归的同步相量量测方法流程示意图；
[0033] 图2为本发明实施例利用该同步相量量测方法进行处理的算法示意图；
[0034] 图3为本发明实施例提供的仿真幅值相角同时调制测试中幅值误差示意图；
[0035] 图4为本发明实施例提供的仿真幅值相角同时调制测试中相角误差示意图；
[0036] 图5为本发明实施例提供的仿真幅值相角同时调制测试中频率误差示意图；
[0037] 图6为本发明实施例提供的仿真幅值相角同时调制测试中频率变化率误差示意 图。
【具体实施方式】
[0038] 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。
[0039] 下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施 例所提供基于非线性回归的同步相量量测方法流程示意图，所述方法包括：
[0040] 步骤11:针对不同的PMU测试信号建立相应的信号模型，所建立的信号模型的每个 建模参数均具有明确的物理意义；
[0041] 在该步骤中，不同的PMU测试信号对应不同的信号模型，具体来说：
[0042] 1)针对稳态测试、频率斜坡测试信号，所关注的测试参数是信号有效值、频率偏移 量、频率变化率和初相角，一种典型的信号模型可表示为：
[0044]其中，表示输入的正弦信号的幅值有效值，fo表示电力系统基频，Af表示电力 系统实际频率相对于基频的偏移量，Rf表示频率变化率，6表示以t = 0为初始时刻对应的 初始相角，t为时间变量。
[0045] 再根据所建立的信号模型，获得该信号模型所对应的动态同步相量，其中：
[0046] 针对稳态测试、频率斜坡测试信号的信号模型，所对应的动态同步相量可表示为：
[0048] 2)针对谐波测试信号，所关注的测试参数是基频信号有效值、频率偏移量、频率变 化率和初相角，一种典型的信号模型表不为：
[0050] 其中，X?s,har为谐波分量幅值有效值，Δ fhar表示谐波分量频率偏移量，Rf,har表示 谐波分量频率变化率，焦W表示以t = 0为初始时刻谐波分量相角，即初始相角。
[0051] 针对谐波测试信号的信号模型，所对应的动态同步相量可表示为：
[0053] 3)针对幅值相角的同时调制测试信号，所关注的测试参数是信号有效值、瞬时频 率偏移量、瞬时频率变化率和瞬时相角，所建立的信号模型表示为：
[0054]
[0055] 其中，km表示幅值调制深度，frn表示调制频率，"表示幅值调制初相角，ka表示相角 调制深度，4_表示相角调制初相角。
[0056]针对幅值相角的同时调制测试信号的信号模型，所对应的动态同步相量可表示 为：
[0058]另外，在针对幅值、相角的阶跃测试信号中，测试信号可以理解为由两个稳态过程 组合而成，因此该测试过程同第一种情况的稳态测试类似，幅值、相角阶跃测试仍然关注信 号有效值、频率偏移量、频率变化率和初相角，其测试信号模型表示为：
[0060] 其所对应的动态同步相量也与第一种情况的稳态测试类似。