电力系统同步相量测量算法的研究

论文摘要

随着互联电网规模的扩大和装机容量的增大,电力系统的安全稳定监测和控制越来越重要。基于同步相量测量技术的广域测量系统(WAMS)可以对电力系统的运行状态进行监测和分析,对增强电力系统的可靠性具有重要的意义。随着广域测量技术的不断发展,广域测量技术在电力系统中得到了广泛的应用,提高了电力系统的安全稳定运行能力。电力系统的相量数据是描述电力系统动态运行状态的重要参量,同步相量测量单元(PMU)是广域测量系统的基本单元,可以测量电力系统的相量数据,为电力系统动态运行状态的实时监测提供了重要的手段。优秀的同步相量测量算法可以提高PMU的测量精度和运算速度,因此研究同步相量测量算法对提高广域测量系统的性能有着重要的意义。同步相量测量常用的测量方法有过零检测法和离散傅里叶变换(DFT)算法。DFT算法原理比较简单,实现相对容易,对谐波具有较好的抑制作用,在电力系统的同步相量测量方面得到了广泛的应用。但当电力系统频率发生变化,系统频率偏移额定频率时,采样频率与系统频率不再同步,DFT算法的频谱泄漏会给同步相量的测量带来误差。本文在基于定频采样的变窗长DFT同步相量测量算法的基础上,采用三点法实时跟踪测量系统频率,然后根据系统的频率来改变DFT算法计算同步相量时数据窗的长度,完成相量的计算。该算法计算量较小,在计算速度方面有一定的优势,与传统DFT算法相比,减小了系统频率偏离额定频率时频谱泄漏造成的误差,测量精度有所提高。为了进一步提高同步相量的测量精度,在对非同步采样情况下传统DFT算法误差分析的基础上,提出了一种基于定频采样的DFT同步相量测量修正算法。该算法利用连续两个传统DFT算法同步相量计算值以及对频率的精确测量,实现了对传统DFT算法同步相量测量结果的修正,计算量相对较大,但是测量精度得到了进一步的提高。PMU可以采用比采样频率低得多的频率计算同步相量。因此,本文最后提出了一种基于高采样频率定频采样的自适应DFT同步相量测量算法,该算法采用比采样频率低得多的频率计算同步相量,首先通过对PMU定频采集到的数据按等角度采样原则进行选择,然后再进行DFT计算,从而较为精确地计算了同步相量,并且解决了传统自适应采样算法的数据再同步问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 广域测量技术及其在电力系统中的应用
• 1.1.1 广域测量技术的发展
• 1.1.2 广域测量系统的组成结构
• 1.1.3 广域测量技术在电力系统中的应用
• 1.2 同步相量测量技术的研究概况
• 1.3 同步相量测量技术的关键问题
• 1.4 本文的研究意义及主要工作
• 第2章 同步相量测量的相关理论和方法
• 2.1 同步相量的基本概念
• 2.2 同步相量测量方法
• 2.2.1 过零检测法
• 2.2.2 离散傅里叶变换算法
• 2.2.3 非同步采样情况下传统DFT算法的误差分析
• 2.2.4 基于DFT算法的改进算法
• 2.3 同步相量测量中的频率跟踪和测量方法
• 2.3.1 周期法
• 2.3.2 利用锁相环技术的频率跟踪方法
• 2.3.3 三点法
• 2.4 小结
• 第3章 基于定频采样的变窗长DFT同步相量测量算法
• 3.1 算法的基本概念与原理
• 3.2 算法的具体步骤
• 3.3 算法的仿真计算
• 3.4 小结
• 第4章 基于定频采样的DFT同步相量测量修正算法
• 4.1 算法的基本概念和原理
• 4.2 算法的具体步骤
• 4.3 算法的仿真计算
• 4.4 小结
• 第5章 基于定频采样的自适应DFT同步相量测量算法
• 5.1 算法的基本概念与原理
• 5.2 算法的具体步骤
• 5.3 算法的仿真计算
• 5.3.1 PMU采样频率为40kHz时的仿真计算
• 5.3.2 PMU采样频率分别为20kHz和10kHz时算法的仿真计算
• 5.4 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表