基于PMU的广域电网相量测量系统概述

随着电力系统的发展和对安全稳定性要求的不断提高,传统的以SCADA/EMS为代表的基于稳态的监控系统将难以满足实时性的要求,而基于相量测量装置（PMU）的电网广域测量系统（WAMS）却能很好地解决电力系统广域空间同步测量的问题。使电网控制中心能在统一的时标下,根据各个PMU的测量信息对电力系统的状态进行分析,并进行全电网的稳定控制、事故预警等。为此,对WAMS的组成结构、发展状况和应用前景等进行了较为详细的概述。     

电网同步相量测量装置（PMU）

在发电厂和变电站安装相量测量单元（Phasor Measurements Units,PMU）,它将带时标的相量数据打包并通过高速通信网络传送到数据分析中心,并可计算系统惯性中心相角和各机组、母线的相对相角,进一步由相应的应用程序,对相量数据执行实时评估以动态监视电网的安全稳定性,或进行离线分析为系统的优化运行提供依据。     

相量测量装置（PMU）动态测量精度在线检验

粒子群算法(PSO-ω)是一种应用于连续空间的、具有较好的全局搜索能力和寻优速度的群体智能优化算法。基于单机无穷大系统模型,通过采用PSO-ω算法对电力系统稳定器(PSS)进行参数优化,以抑制低频振荡。该方法是以最优控制原理为基础,综合考虑PSS与励磁系统的性能,将PSS 参数优化协调转化为带有不等式约束的优化问题,控制目标为系统输出按照最小误差跟踪给定值的能力（ITAE准则）。用Matlab软件进行仿真,结果表明,利用该方法设计的PSS,它的稳定性有了较大的提高。     

电网实际运行环境中相量测量装置性能在线评价方法

广域测量系统(WAMS)的各项应用功能的可靠性高度依赖于相量测量装置(PMU)的数据质量。目前,PMU性能评价主要在实验中离线进行,性能指标主要采用综合矢量误差(TVE)。TVE作为一种离线评价指标,并没有将频率测量误差考虑在内,并且只适合于在被测信号已知的情况下使用。随着PMU布点越来越普遍,迫切需要建立一种在电网实际运行环境下的在线评价PMU测量性能的综合指标。PMU的主要任务是真实地反映交流电压(电流)输入信号的频率、幅值、相位等相量特征,如果利用PMU输出的测量结果重新构造一个正弦信号,这一正弦信号与PMU输入信号之间的差别信号的频谱中应不包含PMU输出的信号频率。基于这一思路,提出了综合相量误差(TPE)作为PMU性能的在线评价指标。TPE的优点是不受噪声、谐波和动态变化分量的影响,能够在输入信号未知的情况下对PMU的测量性能进行评价。算例验证了该方法的有效性。     

《电力系统同步相量测量装置检测规范》的编制

介绍了关于广域测量系统系列标准中的《电力系统同步相量测量装置检测规范》的编写背景及编写意义,结合我国电力系统现状,分析了编写同步相量测量装置检测规范的迫切性。阐述了该检测规范的框架结构,对规范的主要内容,如功能检验、性能试验、抗电磁干扰试验等,进行了介绍。     

基于相量测量单元实测数据的变压器参数在线估计方法

给出了基于相量测量单元(PMU)实测数据的变压器变比(分接头位置)和电抗参数的计算方法.通过对变压器参数和变比的多时段计算结果进行统计分析发现,多时段参数计算结果符合正态分布.利用正态分布参数估计理论,给出了变压器参数和变比辨识结果的置信区间和点估计值,最大限度地减少了量测随机误差的影响.算法考虑了电力系统的生产实际情...     

相量测量装置实时数据的三段式变频传输方法

为了有效降低广域测量系统(WAMS)主站与相量测量装置(PMU)子站之间实时数据的传输频率,同时又不影响WAMS基于PMU实时数据的各类高级应用,提出了一种实现PMU实时数据"三段式变频传输"方法。对PMU数据的应用现状和应用场景进行了分析总结,在此基础上提出了PMU实时数据的"三段式变频传输"方法,将PMU实时数据分为A,B,C三段,在电网正常运行时,PMU子站以较低传输频率传输PMU实时数据,当PMU子站在检测到电网发生扰动时,PMU子站立即以较高传输频率先传输缓冲区内的A段数据,然后再继续以较高传输频率传输扰动过程中的B段实时数据,直至扰动消失后,再将传输频率降低,传输C段实时数据。通过对现行的PMU通信规约进行扩展,实现了与现有通信规约兼容的PMU实时数据"三段式变频传输"方法。最后,通过仿真验证了该方法的可行性及效果。     

国内外PMU装置性能对比

20世纪90年代初借助GPS技术的发展,广域相角测量系统研制成功,并进行了实际的使用,国内也在近些年开始了这方面的研究,伴随着新技术的发展,如何对PMU进行检测和衡量就成为一个重要的问题,国家继电器质量监督检验中心从2005年开始研究PMU装置的检测方法,取得了一定的成果,并于2006年7月成功地为华中网局进行了入网检测,通过对一些产品的检测结果进行对比,让广大读者了解目前国内外PMU装置的发展进程。     

同步相量测量装置的应用进展

简要介绍了同步相量测量装置的技术原理，综述了在电力系统状态估计与动态监视、稳定预测与控制、模型验证、继电保护及故障定位等方面的研究和应用。现场试验、运行以及应用研究的结果表明，基于同步相量测量装置的广域测量技术，为保证电力系统的安全稳定运行提供了新的方法和手段。     

PMU装置替代交流测控单元的可行性分析

通过分析目前变电站综合自动化测控装置的现状,认为与WAMS配套的终端同步相量测量装置可以替代现有的变电站测控装置,并以某型号PMU装置的功能特性分析进行这种替代的可行性.     

基于WAMS的AGC机组性能在线评估方法研究

提出了一种基于广域测量技术的AGC机组调节性能在线评估方法。首先提出了完整的AGC机组性能评估指标体系,将各类指标有效整合,从时间尺度和状态维度两个方面对AGC性能进行全面的评估。结合WAMS高采样率、高精度的数据特点,将AGC调节过程分成三段:快速控制段、考核控制段和超时控制段。不同的控制段采用不同的处理方法,从而有效减少计算量和存储量,满足在线快速评估的要求。该方法应用于湖南电网AGC在线评估系统,验证了该方法的正确性和有效性。     

谐波相量测量的FIR滤波算法

为实现广域范围内谐波相量监测,需要研究与谐波相量功能相适应的测量算法。参照同步相量测量P类要求,研究长度为2周波有限冲激响应(finite impulse response,FIR)带通滤波器,实现各次谐波同步相量快速准确测量。通过研究滤波器频响特性与频偏条件下由基波、被测谐波、干扰谐波和宽带噪声引起测量误差之间定量关系,定义多项滤波器技术指标,根据误差要求制定滤波器设计准则,并由动态谐波相量虚指数函数模型和加权最小二乘算法实现滤波器的具体设计。仿真试验验证了所设计算法在系统稳态和动态条件下性能良好。     

基于同步相量测量的电压稳定指标

针对输电网提出了一种基于同步相量测量信息的电压稳定指标。电力系统可以分解成许多电能传输路径,以传输路径首节点电压与末节点电压在首节点电压上的投影之差与首节点电压的比值作为计算电压稳定与否的指标。该指标根据最弱电能传输路径利用局部电压相量测量信息直接计算得出,避免了复杂的潮流计算。局部电压相量测量数据由相量测量单元PMU提供。基于一种快速有效的PMU配置方法,利用直接测量或间接计算的数据作为此稳定指标计算所需要的电压相量信息。运用图论的基本思想寻找电能最弱传输路径。通过计算电能最弱传输路径的电压稳定指标和系统无功储备情况判断系统电压稳定度,当系统接近不稳定状态时,最弱传输路径的电压稳定指标值趋向于临界值0.5。在IEEE5节点和IEEE30节点系统上的仿真表明了该指标预测系统电压崩溃的有效性和正确性。     

一种改进状态模型的动态相量测量算法

同步相量测量技术的一个关键问题是如何实时有效地估算包含电力参数信息的相量值。建立了计及电压、电流、频率、相位、有功和无功等电气参量的状态估计模型,在自适应陷波提取基波电压电流分量的基础上,借助无迹卡尔曼滤波递推框架进行状态估计,实时获得电压、电流、频率、相位、有功和无功功率等电气参量的估计值。通过状态扩展系统模型,增强了系统的鲁棒性,在前端增加自适应陷波器,有效降低了谐波对跟踪性能高的影响。四组仿真对比分析说明提出的新算法较文献[12]方法而言,对频率突变和幅值突变的影响更小,跟踪性能受谐波的影响程度更小,在频率缓变情况下的跟踪性能优于文献的方法,从而说明提出的新方法更优。     

一种基于修正相角差的傅氏测频算法

基于相角差的传统傅氏测频算法所采用的相角差无法正确反映真实相角差,导致计算结果存在原理误差。提出了一种基于修正相角差的傅氏测频算法。利用相角差作为中间量,通过修正因子对相角差进行修正,消除传统傅氏算法的原理误差。算法保留了傅氏算法不敏感于噪声和谐波的良好特性。同时,采用基于二次插值技术的采样序列迭代修正方法,克服传统测频算法速度与精度无法兼得的矛盾。仿真结果表明相比于传统傅氏算法,在相同的硬件环境下,该算法的运算速度及测量精度均有提高。     

基于暂态相控大电流的继电保护无负荷相量测量方法

针对一次设备带负荷前继电保护设备无法开展带实际负荷验证保护方向问题,提出一种基于暂态相控大电流的继电保护无负荷相量测量方法。注入电流互感器一次暂态大电流相位与参考电压保持固定角度,在电流互感器二次回路及继电保护装置回路中以录波方式测量参考电压与电流互感器变换后的暂态电流相位是否仍然保持固定角度,确定带方向保护功能的正确性,实现电流互感器极性、电流互感器二次回路注流、带负荷相量测量三项试验在设备正式带电前一次完成。     

基于改进泰勒加权最小二乘法的相量测量算法

大部分相量测量算法将信号相量作为一个静态模型,因此对电网中经常发生的电压幅值和相角波动特别敏感。基于标准频率下动态相量模型的泰勒加权最小二乘法(Taylor Weighted Least Squares, TWLS)不仅提供了相量值,还提供了相量导数值,可以提高对电网动态状况的监测。在此基础上,提出了一种基于基波频率值的改进泰勒加权最小二乘法。首先用非线性最小二乘法得到基波频率值。然后介绍了基于测量基波频率值的改进泰勒加权最小二乘法推导过程,并对该算法所涉及的窗函数、数据窗长度和泰勒多项式阶数进行分析选择。最后采用不同的信号模型和实际数据来检验算法的性能。仿真结果表明:提出的改进泰勒加权最小二乘法的测量精度满足要求。     

Power system stabilization control based on the wide area phasor measurement

This paper presents a method of tuning power system stabilizers (PSS) in order to damp low‐frequency oscillations in a multimachine power system based on wide area phasor measurements. The authors have developed a method for detecting interarea low‐frequency modes from measured small oscillations associated with load fluctuations by approximating the oscillations as a coupled vibration model. In this paper, the coupled vibration model is extended to include the effect of PSS. PSS are tuned directly by using the extended model, since the model includes parameters of PSS. The advantage of this method is that steady state phasor fluctuations are available for tuning PSS and assessing the effect of the tuning control. That is, a large disturbance like a line fault is not necessary since the stability of major modes can be investigated directly by using eigenvalues of the extended model. The identification process does not require information on the input to the system for perturbation. Some numerical analyses demonstrate the effectiveness of the method by using phasor dynamical data obtained by a power system simulation package. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 163(1): 16–24, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20640