论文题目: 电力系统“广域同步相量测量”中几个关键问题的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 电气工程,电力系统及其自动化
作者: 杨贵玉
导师: 邱家驹
关键词: 广域同步相量测量,动态频率测量,频率分布特性,圆心拟合法,自回归滑动平均,局部线性化估计方法,锁相环,精度校核,瞬态能量冲击,精度等级体系
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: “广域同步相量测量”是一种在统一时钟协调下实现大电网实时同步测量的重要技术,是广域电力系统稳定分析和控制的前提和基础。由于全局统一时钟和本地同步测量两大问题一直难以解决,限制了该技术的发展。到20世纪90年代,全球定位系统应用的普及完满地解决了统一时钟问题,大大促进了广域同步相量技术的发展,并使研究重点转移到本地同步测量上来。 本论文在总结前人研究的基础上,对广域同步相量测量中频率的分布特性、动态频率精确测量、高精度相位测量、干扰对测量精度的影响,以及测量精度的校核等几个关键问题作了深入的研究。主要工作表述如下: 1、在双频迭加的基础上,详细分析了频率的分布特性,推导出迭加信号频率的一般表达式,获得的结果具有普遍意义,对测量位置的选择具有指导作用。 2、指出系统频率测量精度是PMU相量测量精度的关键,而且频率测量偏差造成的相位影响远高于幅值影响。分析了随机干扰下信号的测不准问题,提出测频所能获得的理论精度与干扰的性质有关,各种测频方法的差异仅在于以何种程度接近该精度。 3、提出并论证了“圆心拟合法”相量测频方法,具有一定的应用价值。 4、利用FIR(MA)滤波器线性群延迟特性可以完全补偿的特点,从实用角度出发,提出了基于FIR(NA)滤波的精确测频方法,能够获得较为精确的测量结果。论文分析了随机干扰的影响问题,提出局部线性化方法估算频率受扰情况,再经过频率的IIR(AR)滤波后,获得较高的测量精度。该方法不需要采用同步跟踪测量技术,具有性能稳定、线性度好、精度高的特点,可以满足一些对实时性要求不是很高时工程需要。 5、以常用2阶PLL(使用1阶RC无源环路滤波器)为基础,作者首次就PLL的动态跟踪特性及其对同步测量精度的影响问题进行了详细的分析和仿真。指出PLL存在参数优化、纹波影响、自身延迟和前置滤波延迟等问题将会给频率和相量的动态测量精度造成不可忽略的影响。论证了PLL并非一种高精度动态测量硬件,不适用于大动态下频率和相量测量。 6、在GPS同步时钟信号协调下,作者提出了利用对晶振信号进行整数分频生成PMU异地同步校核基准信号的方法,用于PMU装置的自校核和广域同步校核,彻底解决了广域测量装置无法校核的问题。该方法可靠,实现难度小,可以作为PMU的标准环节。 7、首次提出并研究了瞬态能量冲击对同步测量的影响问题,推导了受扰程度估算表达式。结合均方残差及其变化率,可形成一种受扰程度的在线估算方法,用以衡量测量数据的综合受扰程度。该方法利用了测量现场充裕的数据源,可以实时有效地抑制冲击干扰的影响,并且效果要优越于利用回送数据作估计的效果,可以提高电力系统状态的估计的精度。 8、在鉴别强干扰的基础上,提出建立广域测量数据的“精度等级”体系的设想,可以为状态估计、实时控制等应用提供精度判别依据,减少对高误差数据的依赖,改善状态估计的效果。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
目录
第1章 绪论
1．1 电力系统广域同步相量测量技术的发展与现状
1．1．1 经济发展对电力的需求促使大电网迅速形成
1．1．2 大电网的重大灾变问题
1．1．3 建立电力系统广域同步相量测量网络的意义
1．1．4 广域同步相量测量技术的发展与现状
1．2 同步相量测量精度问题
1．2．1 广域同步相量精度的构成
1．2．2 异地同步精度及其可靠性保证
1．2．3 影响本地测量精度的两大关键性问题
1．2．4 确切干扰滤波
1．2．5 随机干扰滤波
1．2．6 滤波方法的适用性
1．2．7 脉冲干扰的抑制
1．2．8 动态频率测量
1．3 电力系统频率特性及其测量方法的选择
1．3．1 动态电力系统频率的分布特性
1．3．2 频率分布特性的对策
1．3．3 频率测量面临的几个问题
1．4 同步相量测量装置(PMU)的主要环节
1．4．1 异地同步测量间隔
1．4．2 测量精度控制环节
1．4．3 数据记录方式
1．4．4 PMU精度校核环节
1．4．5 卫星失锁问题及其策略
1．5 关于“精度等级”体系
1．6 论文的主要工作
参考文献
第2章 电力系统动态频率测量问题综述
2．1 电力系统动态频率问题
2．1．1 不同运行工况下的频率测量
2．1．2 动态精确测频所面临的问题
2．2 频率的定义与建模
2．2．1 不计干扰的信号模型
2．2．2 计及谐波干扰的信号模型
2．2．3 计及衰减直流分量干扰的频率模型
2．2．4 计及衰减的交流分量干扰的频率模型
2．2．5 计及随机干扰的频率模型
2．3 频率测量方法的比较
2．3．1 滤波去噪方法的特性分析及其对实时测量的影响
2．3．2 相量方法对精度的改善
2．3．3 数值傅氏滤波方法的特性分析
2．3．4 递推傅氏算法的特性分析
2．3．5 解析法测频
2．3．6 圆心拟合法
2．3．7 正交化方法
2．3．8 状态观测器及其面临的问题
2．3．9 随机信号的自适应处理方法
2．3．10 基于锁相环的频率跟踪问题讨论
2．3．11 基于FIR(MA)非同步采样方法
2．3．12 虚拟转子法
2．3．13 小波滤波法
2．3．14 自适应同步采样问题
2．4 频率测量方法的总结与展望
2．4．1 频率测量方法的总结
2．4．2 高精度相位测量问题及其对测频的要求
2．4．3 测频方法研究的展望
参考文献
第3章 电力系统频率的分布特性分析
3．1 概述
3．2 影响电力系统频率的因素与频率模型
3．2．1 影响电力系统频率的因素
3．2．2 电力系统频率模型的确定
3．2．3 电力系统的“等效频率”、“瞬时频率”与“平均频率”
3．3 不同的测量方法导致测频差异
3．4 动态电力系统频率分布特性分析
3．4．1 双端网络中输电线路上频率分布的近似分析
3．4．2 双端网络中输电线路上频率分布的精确分析
3．4．3 以滑差表示的频率分布关系
3．4．4 频率分布关系讨论
3．4．5 频率分布曲线的一般性
3．5 频率分布特性的仿真(一)：基于系统频率模型的双频迭加
3．5．1 指数频率
3．5．2 振荡收敛频率——单机对无穷大系统
3．5．3 振荡收敛频率——双机互联
3．6 频率分布特性的仿真(二)：四机系统的振荡
3．6．1 无PSS稳定器时的短路仿真
3．6．2 带PSS稳定器时的短路仿真
3．6．3 两种仿真结果的讨论
3．7 小结
参考文献
第4章 基于ARMA(IIR／FIR)随机滤波方法的动态测频分析
4．1 引言
4．2 AR滤波器与MA滤波器的特点
4．2．1 随机信号的谱分析问题
4．2．2 随机过程的AR与MA模型
4．2．3 AR、MA模型和IIR、FIR滤波器之间的关系
4．2．4 Wiener滤波及其与AR-MA滤波的比较
4．3 不同分布随机序列的特性、谱分布及其IIR滤波响应
4．3．1 平均分布
4．3．2 Gauss分布
4．3．3 Cauchy分布
4．3．4 3种分布特性的随机序列在IIR型滤波器下的响应
4．3．5 离散随机信号的“集平均”与“时平均”特性分析
4．3．6 随机滤波输出中的几个特征参数
4．4 无随机干扰的动态频率带通滤波跟踪方法
4．4．1 滤波器类型
4．4．2 滤波器选择指标
4．4．3 Butterworth型IIR带通滤波器频率参数
4．4．4 动态频率跟踪测量方案
4．4．5 基于IIR型带通滤波器的频率跟踪仿真
4．4．6 IIR型带通滤波器的跟踪特性与最高滤波精度
4．4．7 FIR滤波器方法选择
4．4．8 衰减交直流分量对两种滤波的影响
4．4．9 信号与频率变化的连续性问题
4．5 随机干扰对的动态频率带通滤波跟踪的影响
4．5．1 随机干扰相量
4．5．2 随机干扰下常数频率受扰动程度的分析与估算
4．5．3 随机干扰下动态频率受扰动程度的分析与估算
4．5．4 频率随机扰动分量的消除
4．5．5 频率随机扰动分量的概率密度函数曲线
4．6 小结
参考文献
第5章 利用“圆心拟合法”测量故障下的频率
5．1 概述
5．2 三相电压合成相量的特点
5．3 三相对称短路故障下的合成相量分析
5．4 “圆心拟合法”原理
5．4．1 “圆心拟合法”原理
5．4．2 “圆心拟合法”的相量分析
5．5 利用圆心拟合法消除直流分量
5．5．1 不含二次谐波分量时的仿真结果
5．5．2 频率变化对拟合结果的影响
5．5．3 二次谐波分量对拟合结果的影响
5．6 圆心拟合法的误差分析
5．6．1 引起拟合误差的原因
5．6．2 直流衰减分量影响的相量分析
5．7 不对称故障情况下的圆心拟合处理方法
5．7．1 单相信号的处理方法
5．7．2 两相信号的处理方法
5．8 小结
参考文献
第6章 锁相环及其动态特性分析
6．1 概述
6．2 PLL工作原理和主要环节的频域模型
6．2．1 PLL构成及其工作原理
6．2．2 PLL倍频锁相工作原理
6．2．3 鉴相器环节及其数学模型
6．2．4 LF环节及其数学模型
6．2．5 VCO环节及其数学模型
6．3 PLL传递函数及高、低增益特性对比
6．3．1 PLL传递函数
6．3．2 PLL静态跟踪特性对比
6．3．3 PLL动态跟踪特性对比
6．3．4 PLL相位偏差响应曲线
6．4 高增益PLL的参数配置问题
6．4．1 高增益PLL的参数分析
6．4．2 PLL的阻尼特性与重根条件
6．4．3 环路增益、阻尼与时间常数之间的关系曲线
6．4．4 初始振荡的收敛时间问题
6．5 线性模型PLL的通频特性与延迟偏差
6．5．1 PLL频率传递函数
6．5．2 PLL增益起伏对测频的影响与自然频率ωn的确定
6．5．3 PLL环路跟踪延迟
6．5．4 PLL通带起伏和跟踪延迟影响的总结
6．6 PLL动态频率跟踪的逻辑仿真
6．6．1 几个主要环节的仿真参数选择
6．6．2 PLL倍频纹波的形成
6．6．3 异或鉴相的静态滤波纹波对同步测量精度的影响
6．6．4 边沿鉴相的静态滤波纹波对同步测量精度的影响
6．6．5 指定频率跟踪范围下的纹波影响分析
6．6．6 环路滤波器与PLL动态特性的关系
6．6．7 PLL环路延迟与前置滤波器延迟对动态跟踪特性的影响
6．7 考虑随机噪声的PLL动态跟踪特性仿真
6．7．1 考虑3个重要因素的8个典型方案仿真
6．7．2 摇摆频率的跟踪效果与Gauss噪声影响的评价
6．7．3 PLL综合误差构成
6．7．4 傅氏幅值、相位偏差估算
6．7．5 1°偏差允许的跟踪范围
6．8 小结
参考文献
第7章 瞬态能量冲击对同步测量影响的分析、估算及其抑制
7．1 概述
7．2 瞬态能量冲击的形成与模型
7．2．1 广义激励下频宽有限系统的振荡现象
7．2．2 操作过电压的谐振过程
7．2．3 瞬态能量冲击
7．3 瞬态能量冲击对测量精度影响的定量分析
7．3．1 单一脉冲干扰计算表达式
7．3．2 首个分析周期内的谐振干扰计算表达式
7．3．3 冲击对基波幅值与相位影响的保守估计
7．3．4 多振荡频率问题
7．3．5 离散信号分析中采样频率与截止滤波的影响
7．3．6 实际冲击干扰的估计与分析
7．4 瞬态能量冲击干扰的在线鉴别、估算与抑制
7．4．1 冲击干扰的鉴别方法
7．4．2 特征参数估算
7．4．3 干扰对同步测量影响的抑制
7．5 测量数据“精度等级”的建立及其意义
7．6 小结
参考文献
第8章 同步相角测量装置(PMU)的一种异地校核方法
8．1 概述
8．2 基准信号及其产生原理
8．3 高精度基准信号的实现
8．3．1 数字正弦信号发生器
8．3．2 基准信号精度分析
8．3．3 末级低通滤波器影响
8．4 PMU测量通道滤波器对校核的影响
8．4．1 滤波器固有的幅值与频率延迟
8．4．2 滤波延迟对校核过程的影响
8．5 PMU异地同步校核环节设置与异地校核的实现
8．6 小结
参考文献
附录1 非同步(等时间间隔)采样的傅立叶变换误差表
附录2 8种典型方案下的仿真结果
致谢
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发布时间: 2005-07-14
参考文献
- [1].电力系统广域实时同步相量测量系统研究[D]. 沙智明.华北电力大学（河北）2006
- [2].区域电网电压稳定判别方法及系统研究[D]. 齐伟夫.沈阳工业大学2014
- [3].电力系统动态同步相量估计算法及其应用研究[D]. 麦瑞坤.西南交通大学2010
相关论文
- [1].电力系统动态响应的数据挖掘[D]. 张鹏飞.山东大学2005
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