同步相量测量的若干关键问题

首先，阐述了非额定频率下相量的定义以及数据再同步对相量时标的要求。然后，结合数据再同步的需求分析了频率自适应采样方法在高密度的相量同步情况下的局限性；推导出一种在定间隔采样基础上能够有效消除非额定频率下离散傅里叶变换（DFT）算法产生的频率泄漏影响的相量校正算法。提出一种测试绝对相角测量精度的试验方法，并按照该方法验证了采用所提出的相量校正算法的相量测量单元（PMU）的相角测量精度。最后，通过仿真分析了基于DFT的相量算法的动态特性及其在暂态稳定控制中的适用范围。     

基于泰勒展开模型的同步相量估计新算法

经典的离散傅里叶变换（DFT）算法在静态条件下具有较好的相量估计性能，但在动态条件下其估计精度往往达不到实际应用要求。文中分析了DFT算法在动态条件下产生估计误差的原因，在此基础上利用一阶泰勒模型对DFT算法进行修正，设计了满足动态要求的同步相量估计新算法。该算法利用一阶泰勒展开式对动态电力信号进行建模，然后引入相邻数据窗之间的相量变化率来表征相量一阶导数，通过相量一阶导数修正DFT算法的估计结果;最后将得到的中心时刻相量估计值相移到报告时刻，从而实现准确的相量估计。仿真分析及对实际采样数据的分析表明，该算法在频率偏移、低频振荡等动态情况下均优于DFT算法，具有一定的应用潜力。     

基于DFT的电力系统相量及功率测量新算法

随着全球定位系统(GPS)的全面民用化以及通信技术的发展，电力系统实时相量测量技术日益受到关注。传统的基于离散傅里叶变换（DFT）的频率跟踪算法对相角误差的考虑不全面，从而其频率、相角、幅值等计算结果也不够准确。文中对DFT在非同步采样情况下的误差产生机理进行了全面分析，给出了非同步采样情况下DFT相角计算结果的精确误差表达式，基于该相角误差公式，提出了一种新的基于DFT的电力系统相量测量算法。与传统算法相比，该算法具有精确度高、可以自适应地抑制谐波干扰、计算量不大等优点，并用算例验证了这些优点。此外，还给出了实用的利用传统DFT方法计算功率的误差估计公式。     

基于时间同步技术的新型远方终端单元设计

传统远方终端单元（RTU）的非同步测量和数据传输延时是电力系统数据采集与监视控制（SCADA）系统数据误差的主要来源。提出了一种基于全球定位系统（GPS）和以太网时间同步技术的同步化RTU，以更低的成本实现类似于相量测量单元（PMU）的同步测量和数据快速回传。硬件主要由数据调理和采样电路、本地人机接口（MMI）、同步采样控制电路和以太网通信电路等部分构成。通过时钟同步、同步采样和同步时标处理等环节，同步测量单元（SMU）能够给上位机数据库提供高精度带时标的数据。设计兼顾了同步测量能力和成本，以便在系统中广泛配置。     

自适应调整采样率的相量在线测量算法研究

各种基于定间隔采样技术的相量测量算法难以同时满足计算量小、跟踪速度快和计算精度高等要求。文中提 出了一种自适应调整采样间隔的等角度采样原则(EASP)，并开发了一种新的快速准确的相量在线测量算法。 该算法根据信号当前频率随时调整采样率，可有效消除由于信号频率变化带来的各种误差。仿真测试表明该 算法可以广泛地应用于各种相量测量或频率测量装置中。     

基于广域测量系统的状态估计研究综述

广域测量系统（WAMS）的逐步发展给电力系统在线分析方法提供了一个新思路。针对WAMS测量精度高、具有同步相量测量功能以及数据传输快等特点，分别从引入高精度节点电压相量量测的状态估计算法、引入高精度支路电流相量量测的算法、引入全部WAMS量测的算法以及其他与WAMS状态估计相关的问题等4个方面，介绍了目前引入WAMS量测的各种状态估计算法；并详细分析了各种算法的优缺点和适用范围，从工程应用出发研究其可行性，对部分算法给出了改进措施。讨论了WAMS的不良数据检测与辨识问题、相量测量装置（PMU）的最优配置问题以及基于PMU的动态状态估计和谐波状态估计等与WAMS状态估计相关的其他问题。     

高性能同步相量测量装置守时钟研制

同步相量测量装置（PMU）可靠工作的关键是作为同步采样脉冲源的全球定位系统（GPS）的秒脉冲的可靠性。针对由于气候、故障及其他因素可能造成秒脉冲失效的情况，采用数字锁相环技术，利用复杂可编程逻辑器件（CPLD）及高精度晶振，研制了一种高性能的PMU守时钟。GPS信号正常时，守时钟跟踪输入的秒脉冲；秒脉冲失效时，守时钟则提供一定误差范围内与秒脉冲同步的替代信号。文中分析了其性能，通过仿真和实验进行了验证。     

电力系统广域动态监测中的功角直接测量技术

功角是表征发电机运行状态和电力系统稳定性的重要参量。介绍了一种发电机功角的直接测量方法，它使用高精度全球定位系统（GPS）时钟信号和转子位置传感装置对异地发电机的功角进行实时同步测量。由于采用了多种硬件和软件误差处理技术以及转子位置自动初始化技术，使该方法具有较高的精度和实用性。动模试验和现场运行结果表明了该方法的可行性和有效性。该方法已被集成到相量测量单元（PMU）中，可以为广域电网同步状态监测系统提供完整的电网相量和发电机功角信息。     

基于WAMS/SCADA混合量测的电网参数辨识与估计

针对目前电网参数辨识与估计方法存在的数值稳定性变差、易发散及易受残差污染干扰等问题，提出了一种基于混合量测的电网参数辨识与估计方法。该方法首先利用广域测量系统（WAMS）的测量数据计算相对残差，初步判断是否存在参数错误，然后利用相量测量单元（PMU）能够测量电压和电流相量的特性，建立支路两端变量之间的直接联系，对存在参数错误的支路进行辨识，并在此基础上使用智能优化算法估计支路参数。在IEEE 39测试系统上的仿真实验表明，该方法只需安装约1/2总母线数的PMU即可对全网传输线路和变压器进行参数辨识与估计。     

一种用于谐波测量的全数字同步采样算法

提出了一种用于高精度谐波测量的全数字同步采样算法，其原理是根据电网的基波频率动态地调整过采样模数转换器（ADC）中抽取电路的抽取率，使得抽取后的系统采样频率可以跟随基波频率的变化而变化。与传统的模拟锁相环（PLL）和软件同步采样算法相比，该算法完全由数字电路实现，更加节省硬件面积，适合于数模混合系统的应用开发。文中给出了一个包含delta-sigma ADC、频率测量模块、抽取率控制单元和64点快速傅里叶变换（FFT）计算引擎的、用于实际混合系统芯片设计的Simulink仿真模型。对于采样频率是1.638 4 MHz、带宽是1.6 kHz（可计量31次谐波）的谐波测量系统，在电网频率波动±5%的条件下，同步采样后基波和谐波有效值误差分别小于0.001%和0.02%。