電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)同步相量估計(jì)算法及其應(yīng)用研究.pdf

1、同步相量測量技術(shù)為電網(wǎng)的大面積實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了先進(jìn)的信息技術(shù)保證，而同步相量測量技術(shù)的核心及基礎(chǔ)是同步相量估計(jì)算法的設(shè)計(jì)，算法的估計(jì)精度將直接影響到廣域測量系統(tǒng)(Wide Area Measurement System，WAMS)其它高級(jí)應(yīng)用的效果，如狀態(tài)估計(jì)、自適應(yīng)保護(hù)以及故障測距等?，F(xiàn)有的商用同步相量估計(jì)算法在靜態(tài)條件下具有較高的測量精度，而在動(dòng)態(tài)條件下(如低頻振蕩、頻率偏移等情況下)卻受到系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響而導(dǎo)致算法精度急劇下降。因

2、此研究在動(dòng)態(tài)條件下仍然具有較好估計(jì)精度的同步相量估計(jì)算法，對(duì)于判斷電網(wǎng)狀態(tài)、預(yù)測電網(wǎng)發(fā)展方向以及采取正確、快速的保護(hù)措施都具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 論文在動(dòng)態(tài)條件下的頻率跟蹤算法、同步相量估計(jì)、同時(shí)消除直流衰減和動(dòng)態(tài)影響方面進(jìn)行了深入研究，提出了對(duì)應(yīng)的算法；在此基礎(chǔ)上，利用PMU的同步相量估計(jì)值來近似表示信號(hào)的動(dòng)態(tài)特性，提出一種考慮信號(hào)動(dòng)態(tài)特性的新型故障測距算法。
　　 在頻率跟蹤方面，論文中根據(jù)全部三相電壓信號(hào)的信息

3、來在線估計(jì)電壓信號(hào)的噪聲含量以及動(dòng)態(tài)特性，并通過動(dòng)態(tài)特性方差和噪聲方差兩個(gè)參數(shù)來量化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，從而調(diào)整IIR濾波器的遺忘因子來使頻率跟蹤算法不但在動(dòng)態(tài)條件下具有快速跟蹤的特性而且在靜態(tài)條件下也具有較好的抗噪特性。由于遞歸算法的應(yīng)用，簡化了計(jì)算，本算法易于在重計(jì)算負(fù)荷的DSP中實(shí)現(xiàn)。通過不同的工況下的仿真研究(包括：相位突變測試，頻率跳變測試以及PSCAD/EMTDC仿真)表明無論在動(dòng)態(tài)還是在靜態(tài)條件下，該頻率跟蹤算法都具有比其它傳

4、統(tǒng)算法更為優(yōu)越的性能，如高抗噪聲性能以及快速跟蹤等。
　　 在同步相量估計(jì)方面，利用泰勒級(jí)數(shù)對(duì)電力信號(hào)的時(shí)變相量進(jìn)行建模，并利用相鄰采樣數(shù)據(jù)窗的相量測量值來表示相量導(dǎo)數(shù)，以此相量導(dǎo)數(shù)來修正傳統(tǒng)傅立葉變換的相量估計(jì)值從而減弱或消除系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性對(duì)相量測量精度的影響。理想信號(hào)數(shù)字仿真以及實(shí)時(shí)數(shù)字仿真的分析研究表明：新算法能夠在增加少量額外的計(jì)算負(fù)荷的前提下大大地提高同步相量測量在多種動(dòng)態(tài)條件下(如低頻振蕩和頻率偏移等情況)的精度。此外

5、，還可以利用同步相量估計(jì)值的泰勒導(dǎo)數(shù)來實(shí)現(xiàn)在低頻振蕩下的故障檢測。
　　 在消除直流分量影響方面，論文提出了一種同時(shí)考慮信號(hào)動(dòng)態(tài)特性和衰減直流分量的同步相量測量新算法。首先對(duì)電力信號(hào)的基波信號(hào)和衰減直流分量進(jìn)行建模，再通過利用一個(gè)基波濾波器來對(duì)相量的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行估計(jì)和一個(gè)直流濾波器來對(duì)衰減直流分量進(jìn)行估計(jì)，然后將兩個(gè)濾波器的估計(jì)結(jié)果代入到動(dòng)態(tài)模型中進(jìn)行迭代運(yùn)算，最終得到精確的同步相量測量結(jié)果。對(duì)理想信號(hào)(包括衰減直流分量、動(dòng)態(tài)信

6、號(hào)以及兩都的綜合)以及PSCAD/EMTDC建模仿真信號(hào)的大量仿真結(jié)果表明，此方法在一定程度上提高了同步相量測量算法在功率振蕩下發(fā)生接地故障時(shí)的相量估計(jì)精度。
　　 在同步相量估計(jì)的應(yīng)用方面(動(dòng)態(tài)故障測距)，論文提出一種利用信號(hào)的動(dòng)態(tài)特性對(duì)基于分布參數(shù)模型的故障測距算法進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)展的新型故障測距算法。該算法不但從空間上認(rèn)為輸電線路上不同位置的電流、電壓信號(hào)是不同的，而且從時(shí)間上認(rèn)為輸電線路上的電流、電壓信號(hào)的幅值和頻率是隨時(shí)間

7、而變化的，從而擴(kuò)展了傳統(tǒng)的故障測距算法，使其具有同時(shí)描述電氣信號(hào)的空間特性和時(shí)間特性的能力。算法通過輸電線路兩端的同步相量估計(jì)值的導(dǎo)數(shù)形式來表示信號(hào)的動(dòng)態(tài)特性，再利用牛頓迭代法對(duì)故障距離進(jìn)行測定。論文利用數(shù)字仿真軟件對(duì)一個(gè)230kV輸電系統(tǒng)進(jìn)行建模，并對(duì)各種工況進(jìn)行仿真驗(yàn)證，如不同的故障位置、故障過渡電阻和故障類型。仿真結(jié)果表明，所提出的故障測距算法不但具有傳統(tǒng)雙端測距算法的優(yōu)點(diǎn)，而且能對(duì)發(fā)生低頻振蕩時(shí)的故障進(jìn)行精確定位。