一種同步相量測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)相量測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種動(dòng)態(tài)相量測(cè)量方法，具體設(shè)及一種同步相量測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)相量 測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[000引 同步相量測(cè)量裝置（PhasorMeasurement化it,PMU)的應(yīng)用，使大規(guī)?；ヂ?lián)電網(wǎng) 的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)成為可能，為大規(guī)?；ヂ?lián)電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)和分析帶來(lái)了極大地便利。PMU的動(dòng)態(tài)性能 十分重要，但在實(shí)際中電網(wǎng)電壓的幅值、頻率和相角難W保持恒定，因此PMU始終需要測(cè)量 動(dòng)態(tài)信息。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生低頻振蕩、頻率偏移等故障時(shí)，如果對(duì)電流、電壓估計(jì)不準(zhǔn)確，有可能 造成對(duì)電網(wǎng)潮流的錯(cuò)誤估計(jì)，從而導(dǎo)致對(duì)電網(wǎng)狀態(tài)的錯(cuò)誤判斷和對(duì)電網(wǎng)故障的錯(cuò)誤分析， 引起錯(cuò)誤調(diào)度，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著分布式電源大規(guī)模接入電網(wǎng)，電網(wǎng)中的干擾 因素會(huì)不斷增多，動(dòng)態(tài)測(cè)量對(duì)電力系統(tǒng)的意義會(huì)愈發(fā)顯著。
[0003] 相量測(cè)量方法是PMU動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的核屯、?，F(xiàn)階段，實(shí)際中主要采用的相量測(cè)量算法 是離散傅里葉變換相量估計(jì)法（discreteFouriertransform,DFT)。DFT可W準(zhǔn)確測(cè)量靜 態(tài)相量的幅值和頻率，但DFT測(cè)量動(dòng)態(tài)相量時(shí)效果會(huì)明顯變差。因此，動(dòng)態(tài)相量測(cè)量方法還 很不成熟，如何能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的測(cè)量動(dòng)態(tài)相量仍需要深入研究。只有運(yùn)樣才能提高PMU實(shí) 際測(cè)量的準(zhǔn)確性，滿(mǎn)足大型互聯(lián)電網(wǎng)測(cè)量分析的實(shí)際需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種同步相量測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)相量測(cè)量 系統(tǒng)及其測(cè)量方法。
[0005] 實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的解決方案為：
[0006] -種同步相量測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)相量測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括電流電壓輸入模塊、衛(wèi) 星接收機(jī)、計(jì)算模塊、通訊模塊、存儲(chǔ)器模塊；所述計(jì)算模塊與衛(wèi)星接收機(jī)、通訊模塊、存儲(chǔ) 器模塊和電流電壓輸入模塊相連。
[0007] 優(yōu)選的，所述電流電壓輸入模塊包括濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)化裝置，輸入的模擬電流電 壓量經(jīng)濾波器濾除高頻干擾后，由模數(shù)轉(zhuǎn)化裝置將模擬電流電壓量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。
[0008] 優(yōu)選的，所述衛(wèi)星接收機(jī)獲得衛(wèi)星授權(quán)后，可同時(shí)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)和北斗衛(wèi)星 信號(hào)，根據(jù)信號(hào)質(zhì)量自動(dòng)選擇衛(wèi)星信號(hào)，還可W手工設(shè)置接收的信號(hào)的種類(lèi)，W保證時(shí)間信 號(hào)的安全性。在初始化時(shí)，可W根據(jù)接收的衛(wèi)星數(shù)量、衛(wèi)星仰角等信息自動(dòng)判斷選擇何種衛(wèi) 星信號(hào)。將衛(wèi)星的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間賦給被觀測(cè)相量作為被觀測(cè)相量的時(shí)標(biāo)。
[0009] 優(yōu)選的，所述計(jì)算模塊根據(jù)不同的應(yīng)用需求選擇不同的濾波器和窗函數(shù)，配合四 分之立基波周期動(dòng)態(tài)相量測(cè)量算法得到動(dòng)態(tài)相量即被觀測(cè)相量的測(cè)量值，減少動(dòng)態(tài)相量的 測(cè)量時(shí)間。
[0010] 優(yōu)選的，所述通訊模塊功能包括將計(jì)算模塊中的計(jì)算結(jié)果上傳到W太網(wǎng)，進(jìn)行遠(yuǎn) 程分析和控制、將遠(yuǎn)程指令傳輸?shù)接?jì)算模塊，配置不同的相量測(cè)量方案。
[0011] 通訊模塊做為微處理器連接W太網(wǎng)的接口，用于PMU和外界的信息交換。存儲(chǔ)器 模塊可W存儲(chǔ)同步相量測(cè)量結(jié)果。
[0012] 優(yōu)選的，所述存儲(chǔ)器模塊用于存儲(chǔ)計(jì)算模塊的計(jì)算結(jié)果。
[0013] 優(yōu)選的，所述測(cè)量方法包括如下步驟：（1)所述電流電壓輸入模塊采集四分之= 基波周期的數(shù)據(jù)，組成列向量
N為一個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)；
[0014] 似對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行Kalman濾波降低噪聲、提高信噪比；
[0015] (3)計(jì)算模塊由LS法估計(jì)被觀測(cè)相量參，得式（1)
[001引
…
[0017] 式中，
《為角頻率，j是虛部，N為一個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)， W為窗函數(shù)，一般選擇化mming窗函數(shù)或者Kaiser窗函數(shù)，f:為經(jīng)過(guò)Kalman濾波的列向 量，
，菱為多的共輛相量;WH為窗函數(shù)轉(zhuǎn)置，片;為Bsq轉(zhuǎn)置；
[0018] 測(cè)量動(dòng)態(tài)相量的核屯、是四分之=基波周期動(dòng)態(tài)相量測(cè)量算法，每一個(gè)計(jì)算時(shí)間窗 內(nèi)截取四分之=基波周期的測(cè)量量。對(duì)截取的數(shù)據(jù)采用最小二乘相量估計(jì)算法測(cè)量相量。 由于算法在基頻附近頻譜平坦，故具有良好的動(dòng)態(tài)特性。同時(shí)，在截取數(shù)據(jù)和最小二乘相量 估計(jì)時(shí)可W選擇不同的濾波器和窗函數(shù)，調(diào)整計(jì)算結(jié)果。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0020] 本發(fā)明采用四分之=基波周期動(dòng)態(tài)相量測(cè)量算法測(cè)量動(dòng)態(tài)相量，解決了動(dòng)態(tài)相量 測(cè)量中計(jì)算量和實(shí)時(shí)性的矛盾，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)相量的快速準(zhǔn)確測(cè)量，可W提高同步相量測(cè)量裝 置的測(cè)量性能，為大電網(wǎng)分析和控制提供幫助。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明動(dòng)態(tài)相量測(cè)量算法的核屯、思路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0024] 一種同步相量測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)相量測(cè)量系統(tǒng)，包括電流電壓輸入模塊1，衛(wèi)星接收 機(jī)2,計(jì)算模塊3,通訊模塊4、存儲(chǔ)器模塊5。電流電壓輸入模塊1中包括濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)化 兩個(gè)部分，輸入的模擬電流量和電壓量經(jīng)濾波器濾除高頻干擾后，由模數(shù)轉(zhuǎn)化部分將模擬 量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，轉(zhuǎn)化結(jié)果輸入計(jì)算模塊3。衛(wèi)星接收機(jī)2獲得衛(wèi)星授時(shí)，改時(shí)間可W來(lái)自 GPS衛(wèi)星或北斗衛(wèi)星。衛(wèi)星接收機(jī)輸出的時(shí)間信號(hào)輸入計(jì)算模塊3,在該模塊中采用四分之 =基波周期動(dòng)態(tài)相量測(cè)量算法測(cè)量出動(dòng)態(tài)相量即被觀測(cè)相量。通訊模塊4可W將計(jì)算模塊 3中的計(jì)算結(jié)果上傳到W太網(wǎng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程分析和控制；也可W將遠(yuǎn)程指令傳輸?shù)接?jì)算模塊3 中，配置不同的相量測(cè)量方案。存儲(chǔ)器模塊5可W存儲(chǔ)計(jì)算模塊3中的計(jì)算結(jié)果。
[00巧]采用四分之=基波周期動(dòng)態(tài)相量測(cè)量算法測(cè)量動(dòng)態(tài)相量，減少動(dòng)態(tài)相量的測(cè)量時(shí) 間。
[0026] 可W根據(jù)不同的應(yīng)用需求選擇不同的濾波器和窗函數(shù)，配合四分之=基波周期動(dòng) 態(tài)相量測(cè)量算法。
[0027] 衛(wèi)星接收機(jī)可W同時(shí)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)和北斗衛(wèi)星信號(hào)，可W根據(jù)信號(hào)質(zhì)量自動(dòng) 切換，W保證衛(wèi)星信號(hào)的質(zhì)量。
[002引可W手工設(shè)置衛(wèi)星接收機(jī)接收的信號(hào)的種類(lèi)，可W保證時(shí)間信號(hào)的安全性。
[0029] 可W通過(guò)通訊模塊接收指令、上傳數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和分析。
[0030] 一種同步相量測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)相量測(cè)量系統(tǒng)的的測(cè)量方法，包括如下步驟：（1) 電流電壓輸入模塊接收四分之=基波周期的模擬數(shù)據(jù)組成列向量
N為一個(gè)周 期的采樣點(diǎn)數(shù)；電流電壓輸入模塊的濾波器對(duì)組成的列向量數(shù)據(jù)進(jìn)行Kalman濾波降低噪 聲、提高信噪比
0y為觀測(cè)噪聲，0 "為建模噪聲，電流電 壓輸入模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)化裝置將濾波后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)并傳給計(jì)算模塊；(2)計(jì) 算模塊通過(guò)最小二乘法化巧估計(jì)被觀測(cè)相量房，得式（1)
[0031]
…
[0032] 式中，
《為角頻率，j是虛部，N為一個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)， W為窗函數(shù)，一般選擇化mming窗函數(shù)或者Kaiser窗函數(shù)，J為經(jīng)過(guò)Kalman濾波的列向 量，
，多為#的共輛相量;WH為窗函數(shù)轉(zhuǎn)置，增為Bsq轉(zhuǎn)置；
[0033] 如圖2所示。首先選擇合適濾波器處理采集數(shù)據(jù)，降低數(shù)據(jù)的信噪比。其次，選擇 合適的窗函數(shù)截取被測(cè)量的數(shù)據(jù)。第=，采用四分之=基波周期動(dòng)態(tài)相量觀測(cè)算法估計(jì)動(dòng) 態(tài)相量。
[0034] 最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：W上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本申請(qǐng)的技術(shù)方案而非對(duì)其保護(hù)范 圍的限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)理解：本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本申請(qǐng)后依然可對(duì)申請(qǐng)的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行種種變更、修改 或者等同替換，但運(yùn)些變更、修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種同步相量測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)相量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括電流電壓輸 入模塊、衛(wèi)星接收機(jī)、計(jì)算模塊、通訊模塊、存儲(chǔ)器模塊；所述計(jì)算模塊分別與衛(wèi)星接收機(jī)、 通訊模塊、存儲(chǔ)器模塊和電流電壓輸入模塊相連。2. 如權(quán)利要求1所述測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述電流電壓輸入模塊包括濾波器和模 數(shù)轉(zhuǎn)化裝置，輸入的模擬電流電壓量經(jīng)濾波器濾除高頻干擾后，由模數(shù)轉(zhuǎn)化裝置將模擬電 流電壓量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。3. 如權(quán)利要求1所述測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述衛(wèi)星接收機(jī)獲得衛(wèi)星授權(quán)后接收衛(wèi) 星信號(hào)，并將衛(wèi)星的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間賦給被觀測(cè)相量作為被觀測(cè)相量的時(shí)標(biāo)。4. 如權(quán)利要求3所述測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述衛(wèi)星接收機(jī)用于同時(shí)接收GPS衛(wèi)星信 號(hào)和北斗衛(wèi)星信號(hào)、并根據(jù)信號(hào)質(zhì)量自動(dòng)選擇衛(wèi)星信號(hào)，還用于手工設(shè)置接收的信號(hào)的種 類(lèi)。5. 如權(quán)利要求1所述測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算模塊根據(jù)不同的應(yīng)用需求選擇 相應(yīng)的濾波器和窗函數(shù)，通過(guò)四分之三基波周期的數(shù)據(jù)采用動(dòng)態(tài)相量測(cè)量算法得到被觀測(cè) 相量的值。6. 如權(quán)利要求1所述測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述通訊模塊用于將計(jì)算模塊中的計(jì)算 結(jié)果上傳到以太網(wǎng)，還用于進(jìn)行遠(yuǎn)程分析和控制、將遠(yuǎn)程指令傳輸?shù)接?jì)算模塊，還用于配置 不同的相量測(cè)量方案。7. 如權(quán)利要求1所述測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲(chǔ)器模塊用于存儲(chǔ)計(jì)算模塊的計(jì) 算結(jié)果。8. -種如權(quán)利要求1所述測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于，所述測(cè)量方法包括如下 步驟：（1)采集四分之三基波周期的模擬數(shù)據(jù)，組成列向量；N為一個(gè)周期的采樣 點(diǎn)數(shù)； (2) 對(duì)列向量中的數(shù)據(jù)進(jìn)行Kalman濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換；(3) 通過(guò)下式求得被觀測(cè)相量的值J :(1) 為角頻率，j是虛部，N為一個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)， W為窗函數(shù)，一般選擇Hamming窗函數(shù)或者Kaiser窗函數(shù)，I為經(jīng)過(guò)Kalman濾波的列向 量，，#為#的共輒相量;Wh為窗函數(shù)轉(zhuǎn)置，C為B sq轉(zhuǎn)置。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種同步相量測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)相量測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法，該系統(tǒng)包括電流電壓輸入模塊、衛(wèi)星接收機(jī)、計(jì)算模塊、通訊模塊、存儲(chǔ)器模塊；所述計(jì)算模塊與衛(wèi)星接收機(jī)、通訊模塊、存儲(chǔ)器模塊和電流電壓輸入模塊相連。本發(fā)明采用四分之三基波周期動(dòng)態(tài)相量測(cè)量算法測(cè)量動(dòng)態(tài)相量，解決了動(dòng)態(tài)相量測(cè)量中計(jì)算量和實(shí)時(shí)性的矛盾，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)相量的快速準(zhǔn)確測(cè)量，可以提高同步相量測(cè)量裝置的測(cè)量性能，為大電網(wǎng)分析和控制提供幫助。
【IPC分類(lèi)】G01R25/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105182073
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510559448
【發(fā)明人】盧達(dá), 林繁濤, 趙莎, 白靜芬, 李華, 陳松方, 宋曉卉, 曾彥超, 白璋
【申請(qǐng)人】中國(guó)電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司
【公開(kāi)日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年9月6日