一种提升pmu同步相量测量精度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在带外干扰、系统低频振荡和功率振荡、系统失步、短路或断线故 障等动态条件下，提升PMU同步相量测量精度的方法，属于电力自动化技术领域。
【背景技术】
[0002] 同步相量测量单兀（phasor measurement unit，PMU)作为广域测量系统（wide area measurement system,WAMS)的原始数据来源，其测量精度对于电网状态估计，电网安 全稳定监测等有着重要意义。
[0003] 同步相量的定义如图1所示，模拟信号
【主权项】
1. 一种提升PMU同步相量测量精度的方法，其特征在于，包括如下步骤： SSl高精度同步采样：PMU首先将输入的PT/CT模拟量信号经过抗混叠模拟滤波（模拟 低通滤波，通带为3. IKHz)后进行A/D转换，在模数转换时将采样值打上精确绝对时标，并 存入数据缓冲区； SS2 DFT相量计算及前置滤波：将步骤SSl产生的数据缓冲区的采样值进行DFT变换， 再对DFT计算相量实虚部进行低通滤波，前置滤波器采用FIR低通数字滤波器；所述FIR 低通数字滤波器采用等纹波法设计，群延时为50毫秒，通带边沿频率为5Hz，通带增益为 0. 0002dB，阻带增益为-80dB ; SS3高精度测频并修正频率偏移情况下的DFT计算相量：基于步骤SS2的计算结果采 用基于等间隔采样的相量测量高精度算法，通过连续3次DFT计算相量的迭代，可以在5ms 内高精度地计算出频率、频率变化率并修正频率偏移情况下的DFT计算相量； SS4基于步骤SS3计算出的相量、频率和频率变化率再经过一个后置上送滤波器滤波 后，上送到后端的数据集中器，所述后置上送滤波器为FIR低通数字滤波器，所述FIR低通 数字滤波器采用等纹波法设计，并根据不同相量上送速率选择不同参数； SS5测试与验证：时钟源给PMU和测试源提供共同的基准，理论值用于生成回放波形， 并与模拟主站召唤的离线文件比较进行误差分析；进行误差分析时，截去测试前后各一秒 的数据进行逐点比较取最大误差，避免模拟量施加和退出时阶跃过程的影响；测试项目包 含±5Hz额定频偏测试，10% 2-13次谐波，带外，阶跃，5Hz幅值相角同时调制，lHz/s频率 斜坡。
2. 根据权利要求1所述的一种提升PMU同步相量测量精度的方法，其特征在于，所述 步骤SSl具体包括：PMU装置可接入GPS/北斗时钟的B码对时信号，通过FPGA芯片进行解 码，产生IPPS信号，并产生与IPPS信号同步的4K采样信号，该信号启动AD采样芯片进行 模数转换；PT/CT模拟量信号经过抗混叠模拟滤波（模拟低通滤波通带为3. IKHz)后接入 A/D转换芯片，模数转换的结果放入数据缓冲区进行DFT相量计算。
3. 根据权利要求1所述的一种提升PMU同步相量测量精度的方法，其特征在于，所述步 骤SS2所述的低通滤波具体包括：滤除频谱泄露及带外频率产生的高频振荡分量，消除干 扰，提高相量计算精度，加入前置滤波器的相量计算公式如下：
式（8)、（9)甲，t为电閉频卒；L为句限长早位沖宙啊奴数乎源汲器阶数；W k为仳通滤 波器系数，N为采样点数，x(i+k)为i+k时刻相量值。
4. 根据权利要求1所述的一种提升PMU同步相量测量精度的方法，其特征在于，所述步 骤SS3具体包括：假设外部输入的被采样时域正弦信号为 x(t) = ^JlXcos(2,T/i + φ{)) ( IO ) 第r窗口中的第k个采样点可表示为：
) 相量算法采用递归DFT公式可表示为：
由式（11)、（12)、（13)、（14)即得到DFT计算的原始相量为：
给出了递归付氏算法第r步计算获得的存在频谱泄漏误差的原始相量尤与理论真实相量 足之间的关系式，龙为付氏算法计算得到的存在频谱泄漏误差的相量，（；是与数据窗对 应初相角相关的频率泄漏项，足为理论真实相量；由此可以通过求解方程（15)、（16)获得 修正后的无误差的真实相量足.设每m次采样计算1次同步相量采用3个等间隔的相 1 ， Jl. ^ r-m ^ ^r-Im 建立联立方程组：
求解二点联立方程，得到：
由式（20)可以求得Θ，再将Θ代入式（14)，即可求得当前频率相对系统额定频率的 偏移量，进而可以求得系统频率和频率变化率；1是步骤SS2计算结果的相量，通过式（21) 可计算得到(；，则由式（24)可以计算出频率偏移情况下的真实同步相量兄.。
5.根据权利要求1所述的一种提升PMU同步相量测量精度的方法，其特征在于，所 述步骤SS4参数选择为：传输速率为25Hz时，群延时250毫秒，通带边沿5Hz，通带增益 0. 0002dB，阻带增益-40dB ;传输速率为50Hz时，群延时125毫秒，通带边沿5Hz，通带增益 0. 0002dB，阻带增益-60dB ;传输速率为IOOHz时，无需后置滤波器。
【专利摘要】本发明公开了一种在带外干扰、系统低频振荡和功率振荡、系统失步、短路或断线故障等动态条件下，提升PMU同步相量测量精度的方法，属于电力自动化技术领域。其包括如下步骤：高精度同步采样；DFT相量计算及前置滤波；高精度测频并修正频率偏移情况下的DFT计算相量；基于步骤SS3计算出的相量、频率和频率变化率再经过一个后置上送滤波器滤波后，上送到后端的数据集中器；测试与验证。本发明实现了对DFT算法在频偏时的频谱泄露和栅栏效应进行抑制，避免计算相量中含有振荡频率高于奈奎斯特频率的分量时发生的频谱混叠现象，提升了PMU在调制、阶跃等条件下的动态测量性能。
【IPC分类】G01R31-00
【公开号】CN104635094
【申请号】CN201510093656
【发明人】沈健, 周斌, 张敏, 汪昀, 侯明国, 檀永
【申请人】国电南瑞科技股份有限公司, 国家电网公司, 江苏省电力公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年3月2日