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。     

一种同步时标可自由设定的新型相量测量装置

提出一种同步时标可自由设定的新型广域电网相量测量装置（PMU），它由频率自适应等间隔采样模块、同步时标形成模块和核心微处理器模块等构成。通过硬件电路与计算软件的合理分工与协调配合，实现了相量同步测量装置中“时间同步”与“频率同步”的解耦处理，从而装置能够根据自由设定的同步时标与时标同步方式，自动定位截取整周期采样数据（无频谱泄漏）进行高精度离散傅里叶变换（DFT）相量计算，并通过简单的方法对截取DFT数据窗时造成的时标同步偏移量进而计算相量的相角偏差量进行高精度线性修正。同时对同步时标位于DFT数据窗首、     

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。     

一种用于基波测量的数字校准方法

在电力系统中，相量测量的精度主要受到信号采样通道元器件误差和软件采样同步误差的影响。分析和实验表明，不同量程同步采样经幅值校准后拟合的方法改进了相量幅值测量的精度，对各相量进行相位校准的方法克服了相量采样的同步误差。综合应用2种方法，提出了基波相量幅值校正和相位校正的数字校准方法，对输入信号采用不同放大倍数调理电路进行分段处理和 A/D采样，经幅值校准后拟合，以及对各相量进行相位校准均改进了电力系统电压和电流的测量精度。最后介绍了该方法在微机保护装置中的应用及其检测结果。     

随机环境下电力系统谐波分析算法

离散傅里叶变换（DFT）是电力系统谐波分析常用的算法。研究随机环境下DFT算法在同步采样和非同步采样2种情况下的统计特性，DFT算法包括普通DFT算法和加窗DFT算法，统计特性包括均值、方差和相关性等。导出了用加窗DFT算法实现谐波幅值和相位无偏估计的条件，并由此提出了一种新的时变加权DFT算法。基于MATLAB软件的仿真结果证实了结论的正确性。     

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。     

相角测量装置的同步测量精度问题

对基于全球定位系统（GPS）、锁相环（PLL）的相角测量装置（PMU）主要误差因素进行了分析与仿真研究，结果表明：幅值误差远小于角度误差；异地同步方法误差远小于同步测量环节本身的误差，后者主要由PMU的频率跟踪与测量、信号滤波延迟以及数值算法等环节引起；指出以PLL器件锁相跟踪被测信号基频时，在频率快速变化的情况下可能隐含的问题。最后得出：在保证频率跟踪测量精度的前提下，PMU的相角测量精度可以达到1°。     

一种基于离散傅里叶变换的频率测量算法

对一种基于离散傅里叶变换（DFT）的频率测量算法进行了分析，该算法认为信号的频率偏移量在邻近的2个周期保持不变，因此在信号频率变化较快时频率计算误差较大。针对此问题，提出了一种改进算法。在计算频率偏移量时，除原方法外，还考虑了频率变化率带来的相邻周期相角差的影响。给出了2种方法以获得该算法所需要的信号频率变化率:一种是利用前次计算所得到的频率变化率，另一种是利用相对固定的频率变化率。仿真计算结果表明，改进后的算法具有较好的频率及频率变化率测量精度。     

基于空间谱和支持向量回归机的间谐波分析

针对电力系统中存在的间谐波问题，提出一种结合参数法和非参数法特点的间谐波频谱分析算法。首先，为了应用空间谱分析需要将电网信号变换为空域信号;然后应用盖氏圆盘估计协助求根多重信号分析算法准确估计信号源数及其频率;最后由稳健支持向量回归机计算幅值和相角。获得准确频率信息后，支持向量回归机计算的频率范围变成已知的有限频率点，计算量降到最低，并且此算法无需同步采样和过长的采样数据。通过仿真和实例检测，验证了该方法的有效性。     

一种实用的幅值和功率测量新算法

为解决电力系统全局信息的快速准确测量问题，提出了一种实用的幅值和功率测量算法。结合电力系统实际情况，对离散傅里叶变换（DFT）算法中的强非线性部分进行了合理简化，从而可以方便地利用DFT计算结果对其自身进行补偿修正。该算法充分利用了DFT算法的快速、对谐波有抑制能力的优点。与传统DFT方法相比，文中方法测量精度有明显提高，且计算负担增加很少。算例验证了这一特点。     

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。     

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%。     

基于幅值线性变化模型的频率测量新算法

基于短时间内电流幅值线性变化模型，提出了一种用于精确测量电力系统瞬时频率的新算法，为系统提供实时状态变量。算法假设连续4个采样点对应电流的幅值线性变化，经过严格的数学推导，再结合泰勒展开和数学等比定理计算系统的瞬时频率。定性分析了幅值线性变化模型带来的误差，给出了泰勒展开和A/D转换引起的频率测量误差。该算法具有实现简单和测频速度快等优点，不需要采用数字滤波技术。该测频算法用于系统正常运行、没有振荡的单一频率情况时，理论误差接近于0。仿真结果表明，不论系统是否振荡、振荡是否剧烈，该测频算法都有很高的测量精度，且对电流中的随机噪声具有很好的适应性。     

基于相量量测的电力系统线性状态估计

分析了相量量测装置的量测误差情况，指出了相量量测参与状态估计计算的必要性。在完全使用相量量测的情况下，给出了基于直角坐标系的实数形式的电力系统线性量测方程和相应的线性静态状态估计算法。对负荷预报加潮流计算的系统状态预报方法进行改进，通过对误差协方差阵计算公式的推导与简化，提出了新的预报误差协方差阵计算公式，并将其与线性量测方程相结合，提出了基于相量量测的线性动态状态估计算法。最后讨论了线性状态估计算法的使用条件，并采用IEEE 30节点系统对提出的算法进行了验证。     

一次系统事故的同步相量测量结果分析

基于GPS技术的相量测量技术已广泛应用于电力系统的事件记录和分析，文中分析了在 黑龙江省东部电网区 域稳定控制系统中装设的相量测量装置在一次系统事故下记 录的3个不同地点的动态数据，包括不同地点之 间的相位差变化过程和频率动态过程，并讨论了相位测量的精度。结论是所测相位的最大误差与信号频率 有关，频率越接近其额定值，最大误差就越小。     

一种适用于微机保护的新的递推DFT算法

为减少离散傅里叶变换(DFT)算法的计算量，人们利用一种很自然的增减数据项的方法提出了递推傅里叶变换算法，但在某些情况下，该传统递推算法并不太适用。文中基于三角函数的和差公式以及线性方程组的求解，提出了一种新的递推离散傅里叶变换算法，它的计算量与传统递推算法接近，但可以解决传统递推算法不易解决的许多问题，如适用于人们提出的克服电力系统中衰减直流分量对DFT影响的一些方法中，因而具有广阔的应用前景。     

基于同步相量测量的电压稳定评估算法

提出一种基于同步相量测量的电压稳定评估算法。算法中只需要利用局部同步相量测量，即被监测负荷节点的同步电压相量，及由与其相连接的同步电压相量所得到的等价电压相量，建立一等价两节点系统。最后，以被监测负荷节点的同步电压相量在等价电压相量的投影与等价电压相量幅值的一半之差，作为计算电压稳定与否的指标。将这个算法应用于一个5节点系统中，仿真结果验证了算法的正确性及合理性。     

减少频谱泄漏的一种自适应采样算法

首先叙述了频谱泄漏的概念，分析了造成频谱泄漏的原因，并总结了国内外提出的各种减少频谱泄漏的方法。提出一种等角度间隔的自适应软件同步采样算法，该算法在信号频谱分析过程中利用相量理论实现了采样频率的自适应调整。仿真结果表明，该算法不仅大大减少了频谱泄漏，提高了谐波分析的精度，且增加的计算量有限，完全能够保证分析的实时性，在以交流电信号测量为基础的系统中具有较强的应用价值。     

基于同步相量的电力实时动态监测装置

介绍一种基于同步相量的电力实时动态监测装置,采用全嵌入式设计,全面提高了系统的可靠性和抗干扰能力;利用高精度测距技术很好地适应线路参数变化带来的测距误差。该装置集同步相量测量、故障录波、实时监测和连续记录为一体,既可作为电力系统动态安全稳定分析的依据,也可为超长时间、大范围和发展性的事故分析提供可靠的数据源。     

基于同步电压相量的故障定位新方法

提出一种利用同步电压相量进行输电网络故障定位的新方法。该方法首先运用对称分量法和线性叠加原理建立故障后的附加正序网络并且定义了故障点的匹配指标,进而基于该指标运用遍历搜索方法寻找故障点位置。该算法仅利用电压相量进行计算,因而能避免因电流互感器饱和导致的误差影响,且仅需少量的同步相量测量单元配置。基于PSCAD的仿真实验表明该方法能够有效地定位任意电网结构的短路故障,并且不受故障类型、过渡电阻等因素的影响。