一種PMU動(dòng)態(tài)性能的在線檢測方法及裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種PMU動(dòng)態(tài)性能的在線檢測方法，包括：獲取PMU輸入端的輸入信號x(t)，并根據(jù)所述PMU輸出的相量幅值、相位和頻率，獲取重構(gòu)信號xm(t)；根據(jù)輸入信號x(t)和重構(gòu)信號xm(t)，計(jì)算兩者的差異信號Δxm(t)；對所述差異信號Δxm(t)進(jìn)行離散傅立葉變換，得到50Hz工頻分量根據(jù)50Hz工頻分量和PMU輸出端的重構(gòu)信號xm(t)，生成綜合相量誤差其中，Xm為重構(gòu)信號xm(t)的幅值，|ΔX|為所述50Hz工頻分量的幅值。本發(fā)明專利技術(shù)實(shí)施例的PMU動(dòng)態(tài)性能的在線檢測方法及裝置，綜合考慮了頻率測量誤差、幅值測量誤差和相位測量誤差，適用于現(xiàn)場復(fù)雜運(yùn)行條件下的在線評價(jià)，計(jì)算結(jié)果不受諧波和噪聲的影響，也適用于工頻分量存在調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相及突變等動(dòng)態(tài)和暫態(tài)過程，評價(jià)原則適用于各種動(dòng)態(tài)和暫態(tài)過程。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種PMU動(dòng)態(tài)性能的在線檢測方法及裝置
本專利技術(shù)涉及電力系統(tǒng)的性能檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種PMU動(dòng)態(tài)性能的在線檢測方法及裝置。
技術(shù)介紹
在交流電力系統(tǒng)中，PMU的主要任務(wù)是真實(shí)地反映其輸入信號中交流工頻量的頻率、幅值、相位等相量特征，其輸入信號主要是交流工頻量(電壓、電流)，同時(shí)也包含諧波分量、諧振分量、動(dòng)態(tài)衰減分量及噪聲等。電壓和電流信號可以表示為：其中，x(t)是具有正弦波波形的電壓或電流信號，X是有效值，f是頻率，為相角。不考慮頻率變化的情況下，式(1)中包含的正弦波信號可以表示為一個(gè)矢量(相量)，即：基于授時(shí)精度優(yōu)于1μs的高精度GPS/北斗等時(shí)鐘信號，由眾多相量測量裝置(PMU)組成的廣域測量系統(tǒng)(WAMS，WideAreaMeasurementsystem)能夠?qū)崿F(xiàn)廣域電網(wǎng)相量數(shù)據(jù)及其他運(yùn)行數(shù)據(jù)的同步采集，從而幫助電網(wǎng)運(yùn)行人員提高其對電網(wǎng)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)情況的實(shí)時(shí)感知能力，及早做出有利于電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的控制決策。電力系統(tǒng)科研工作者和電網(wǎng)運(yùn)行人員對WAMS的重視程度越來越高，PMU布點(diǎn)規(guī)模越來越廣，基于廣域相量測量的電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測分析功能也越來越實(shí)用。廣域測量系統(tǒng)(WAMS)的各項(xiàng)應(yīng)用功能的可靠性高度依賴于相量測量裝置(PMU)的數(shù)據(jù)質(zhì)量。目前，評價(jià)PMU性能的指標(biāo)都是針對離線測試的，包括頻率測量誤差，頻率變化率誤差以及綜合矢量誤差(TVE)等。離線評價(jià)指標(biāo)的應(yīng)用前提是必須事先準(zhǔn)確了解PMU輸入信號的真實(shí)特征，從而與PMU輸出的測量結(jié)果進(jìn)行比對。然而，在現(xiàn)場環(huán)境下電網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)過程中難以在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)現(xiàn)，無法準(zhǔn)確掌握PMU在現(xiàn)場真實(shí)環(huán)境下的輸入信號的信號特征，因此離線評價(jià)指標(biāo)完全沒有辦法擴(kuò)展到實(shí)負(fù)荷情況下的在線應(yīng)用。PMU的動(dòng)態(tài)測量性能是PMU區(qū)別于SCADA的最重要特征之一。因此有必要通過在線PMU動(dòng)態(tài)性能的監(jiān)測來評價(jià)PMU動(dòng)態(tài)性能。一、通過采用綜合矢量誤差(TVE)來綜合評價(jià)PMU的測量性能對式(1)所示的信號，假設(shè)PMU輸出的相量測量結(jié)果為：上式中的下標(biāo)“m”表示PMU測量結(jié)果。PMU測量結(jié)果與x(t)的真實(shí)相量之間的差異如圖1所示。圖1中，為相角測量誤差，即TVE的定義如下：式(4)中，下標(biāo)“r”表示實(shí)軸(橫軸)分量，下標(biāo)“i”表示虛軸(縱軸)。式(4)所示的綜合矢量誤差可以用另外一種形式表達(dá)：但是，這種現(xiàn)有的利用TVE來衡量PMU的測量性能具有以下局限性：1)需要事先準(zhǔn)確掌握被測信號的真實(shí)幅值和相位。根據(jù)式(4)和式(5)，要計(jì)算TVE，首先要準(zhǔn)確地掌握輸入信號中工頻正弦量的真實(shí)幅值X和相角這只有在試驗(yàn)室環(huán)境中利用可設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)信號源做虛負(fù)荷測試時(shí)才能滿足。2)無法應(yīng)用于在線評價(jià)。真實(shí)的電網(wǎng)每時(shí)每刻都處在動(dòng)態(tài)變化之中，PMU的使命也是要盡可能準(zhǔn)確反映電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)過程，因此，對PMU在運(yùn)行環(huán)境下的性能評價(jià)就比實(shí)驗(yàn)室中的離線測試顯得更加重要。然而，現(xiàn)場環(huán)境下電網(wǎng)運(yùn)行過程中難以在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)現(xiàn)，尤其是電網(wǎng)動(dòng)態(tài)和暫態(tài)過程中，電壓電流信號中包含大量的諧波、交直流衰減分量和振蕩分量，甚至還可能包括次同步成份、鐵磁諧振成份等，準(zhǔn)確給出PMU輸入信號的信號特征也是不可能完成的任務(wù)，因此，對于在現(xiàn)場真實(shí)運(yùn)行環(huán)境下的實(shí)負(fù)荷測試，由于無法準(zhǔn)確掌握輸入信號的真實(shí)特征，從而導(dǎo)致TVE無法應(yīng)用。3)性能評價(jià)比較片面，未綜合考慮頻率誤差。頻率與幅值和相位一起構(gòu)成了正弦量的三要素，頻率測量與幅值和相位測量具有同等的重要性。同調(diào)機(jī)組分群、慣性中心的計(jì)算等都依賴于頻率測量的準(zhǔn)確性。頻率測量與幅值和相位測量是耦合在一起的。然而，TVE只考慮了幅值和相角的綜合誤差，而將頻率誤差單獨(dú)作為一項(xiàng)指標(biāo)。因此，綜合矢量誤差TVE其實(shí)不夠“綜合”。二、在PMU離散傅里葉變換(DFT)算法的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)利用相量因子的概念，分析相量算法的動(dòng)態(tài)特性，揭示其在計(jì)算動(dòng)態(tài)相量時(shí)出現(xiàn)的平均化效應(yīng)；進(jìn)一步給出了即使在相量計(jì)算平均化效應(yīng)的情況下，通過改變時(shí)標(biāo)位置減小動(dòng)態(tài)相量計(jì)算誤差的理論分析。該方案設(shè)計(jì)了PMU靜、動(dòng)態(tài)自動(dòng)測試系統(tǒng)。測試系統(tǒng)采用Omicron繼電保護(hù)測試儀作為測試信號源。同步時(shí)間補(bǔ)償及信號精度校準(zhǔn)后，可發(fā)出帶有時(shí)標(biāo)的高精度信號，其幅值精度可保證在0.025％以內(nèi)，相角典型精度為0.02°，頻率精度為±0.5×10-6。在信號發(fā)生模塊中，根據(jù)測試方案建立測試所需信號波形庫，分別由Omicron的狀態(tài)序列及暫態(tài)回放2種方式組成。通過計(jì)算機(jī)可控制Omicron測試波形庫可發(fā)出PMU測試所需的所有信號。誤差分析模塊中，將測試PMU實(shí)測相量與理論值進(jìn)行比較，得到相量、頻率、功率等誤差。然后進(jìn)行誤差統(tǒng)計(jì)分析，得到最大值、最小值、中位數(shù)、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、頻率影響因子等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，并自動(dòng)生成測試報(bào)告。但是，該現(xiàn)有的技術(shù)方案同樣具有以下缺陷：1)需要事先準(zhǔn)確掌握被測信號的真實(shí)幅值和相位。該方案的測試系統(tǒng)采用Omicron繼電保護(hù)測試儀作為測試信號源，測試信號源的波形被認(rèn)為是完全確定，波形特征事先被測試者所掌握。2)無法應(yīng)用于在線評價(jià)。該方案的測試系統(tǒng)采用Omicron繼電保護(hù)測試儀作為測試信號源，然而，現(xiàn)場環(huán)境下電網(wǎng)運(yùn)行過程中不可能在實(shí)驗(yàn)室中準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)，尤其是電網(wǎng)動(dòng)態(tài)和暫態(tài)過程中，電壓電流信號中包含大量的諧波、交直流衰減分量和振蕩分量，甚至還可能包括次同步成份、鐵磁諧振成份等，準(zhǔn)確給出PMU輸入信號的信號特征也是不可能完成的任務(wù)，因此，該技術(shù)方案只能適用于實(shí)驗(yàn)室評價(jià)。3)性能評價(jià)比較片面，未綜合考慮頻率誤差。該技術(shù)方案的誤差分析模塊中，將測試PMU實(shí)測相量與理論值進(jìn)行比較，得到相量、頻率、功率等誤差，各項(xiàng)指標(biāo)均比較片面。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提出能夠適用于電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行工況和現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境的PMU性能在線評價(jià)方法，以具備綜合評價(jià)PMU的幅值、相位、頻率等誤差能力。為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)實(shí)施例提供一種PMU動(dòng)態(tài)性能的在線檢測方法，包括：獲取PMU輸入端的輸入信號x(t)，并根據(jù)所述PMU輸出的相量幅值、相位和頻率，獲取重構(gòu)信號xm(t)；根據(jù)所述輸入信號x(t)和重構(gòu)信號xm(t)，計(jì)算兩者的差異信號Δxm(t)；對所述差異信號Δxm(t)進(jìn)行離散傅立葉變換，得到50Hz工頻分量根據(jù)所述50Hz工頻分量和PMU輸出端的重構(gòu)信號xm(t)，生成綜合相量誤差其中，所述Xm為所述重構(gòu)信號xm(t)的幅值，|ΔX|為所述50Hz工頻分量的幅值。進(jìn)一步地，所述根據(jù)PMU輸出的相量幅值、相位和頻率，獲取重構(gòu)信號xm(t)，包括：根據(jù)所述PMU輸出端的相量測量結(jié)果：所述幅值Xm，相位以及頻率fm，重新構(gòu)造正弦信號：進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述輸入信號x(t)和重構(gòu)信號xm(t)，計(jì)算兩者的差異信號Δxm(t)，包括：Δxm(t)＝x(t)-xm(t)。進(jìn)一步地，所述對差異信號Δxm(t)進(jìn)行離散傅立葉變換，得到的50Hz工頻分量為：其中，Nm＝round[Tm/Ts]，Ts為PMU的采樣間隔；的實(shí)部為Δxm(t)在cos(2πfmt)上的投影，的虛部為Δxm(t)在sin(2πfmt)上的投影。為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)實(shí)施例還提供一種PMU動(dòng)態(tài)性能的在線檢測裝置，包括：信號獲取裝置，用于獲取PMU輸入端的輸入信號x(t)，并根據(jù)所述PMU輸出的相量幅值、相位和頻率，獲取重構(gòu)信號x本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種PMU動(dòng)態(tài)性能的在線檢測方法，其特征在于，所述在線檢測方法包括：獲取PMU輸入端的輸入信號x(t)，并根據(jù)所述PMU輸出的相量幅值、相位和頻率，獲取重構(gòu)信號xm(t)；根據(jù)所述輸入信號x(t)和重構(gòu)信號xm(t)，計(jì)算兩者的差異信號Δxm(t)；對所述差異信號Δxm(t)進(jìn)行離散傅立葉變換，得到50Hz工頻分量根據(jù)所述50Hz工頻分量和PMU輸出端的重構(gòu)信號xm(t)，生成綜合相量誤差其中，所述Xm為所述重構(gòu)信號xm(t)的幅值，|ΔX|為所述50Hz工頻分量的幅值。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種PMU動(dòng)態(tài)性能的在線檢測方法，其特征在于，所述在線檢測方法包括：獲取PMU輸入端的輸入信號x(t)，并根據(jù)所述PMU輸出的相量幅值、相位和頻率，獲取重構(gòu)信號xm(t)；根據(jù)所述輸入信號x(t)和重構(gòu)信號xm(t)，計(jì)算兩者的差異信號Δxm(t)；對所述差異信號Δxm(t)進(jìn)行離散傅立葉變換，得到50Hz工頻分量根據(jù)所述50Hz工頻分量和PMU輸出端的重構(gòu)信號xm(t)，生成綜合相量誤差其中，所述Xm為所述重構(gòu)信號xm(t)的幅值，|ΔX|為所述50Hz工頻分量的幅值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PMU動(dòng)態(tài)性能的在線檢測方法，其特征在于，根據(jù)所述PMU輸出的相量幅值、相位和頻率，獲取重構(gòu)信號xm(t)，包括：根據(jù)所述PMU輸出端的相量測量結(jié)果：所述幅值Xm、相位以及頻率fm，重新構(gòu)造正弦信號：3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PMU動(dòng)態(tài)性能的在線檢測方法，其特征在于，根據(jù)所述輸入信號x(t)和重構(gòu)信號xm(t)，計(jì)算兩者的差異信號Δxm(t)＝x(t)-xm(t)。4.一種PMU動(dòng)態(tài)性能的在線檢測裝置，其特征在于，所述在線檢...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王茂海，牛四清，張哲，寧劍，齊霞，朱亞軍，侯金鳴，
申請(專利權(quán))人：國家電網(wǎng)公司，國家電網(wǎng)公司華北分部，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11