计及频率偏移的相量测量算法及谐波测量应用

摘要

广域测量系统的出现使同步相量测量单元广泛应用于电力系统的数据采集、状态监测等应用中。现有的商用同步相量测量算法在静态条件下具有较好的测量效果，但系统受到扰动时，电压/电流信号的频率和幅值无法维持一常数，静态算法已无法提供有效的测量精度。尤其当信号的频率发生较大偏移的情况下，动态同步相量测量算法面临更严峻的测量条件。因此，本论文着重研究了考虑频率偏移的动态同步相量测量算法，并研究了算法谐波相量测量中的应用。
　　针对测量精度较高的应用，将频率偏移因素考虑进基于时域模型的基波相量建模中。首先，考虑频率偏移量，建立更接近真实频率的基波相量模型并通过短时傅里叶变换得到预估相量值，通过时移操作，得到相邻数据窗下的相量预估值;其次，根据频率与相角的关系，计算出偏移基准频率的频率偏移量;然后，根据频率偏移量，从表中选择对应的离线矩阵;最后，通过相移运算得到报告时刻的相量值及其准确频率。通过MATLAB的理想信号、PDCAD/EMTDC的动态信号、实测信号等的验证，与其他动态相量测量算法比较，证明了基于时域模型的动态同步相量估计算法的正确性和有效性。
　　针对响应速度较快的应用，将频率偏移因素考虑进基于频模型的基波相量建模中。首先，考虑频率偏移量，建立更接近真实频率的基波相量模型并通过短时傅里叶变换得到预估相量值，并得到频域下的多个相量预估值;其次，根据频率与相角的关系，计算出偏移基准频率的频率偏移量;然后，根据频率偏移量，从表中选择对应的离线矩阵;最后，通过相移运算得到报告时刻的相量值及其准确频率。通过MATLAB的理想信号、PDCAD/EMTDC的动态信号、实测信号等的验证，与其他动态相量测量算法比较，证明了基于频域模型的动态同步相量估计算法的正确性和有效性。
　　考虑信号的动态特性，建立基于泰勒级数的谐波相量模型;考虑频率偏移对泰勒估计精度的影响，提出计及频率偏移的动态谐波相量测量算法。首先，建立基于泰勒级数的谐波相量模型;其次，通过动态相量测量来准确获取基波相量的频率信息;再根据基波频率偏移量计算得到各次谐波的频率偏移量;最后据此查表获得各次谐波的系数修正矩阵，并修正离散傅里叶变换的初始估计值来获得谐波相量的精确估计。通过理想信号及实测数据，与传统傅立叶算法、加窗插值算法对比，验证了计及频率偏移的动态谐波相量测量算法的有效性和实用性。
　　论文所做的理论研究和仿真结果表明:将频率偏移因素考虑到基波和谐波相量的建模中是合理的，得到的结果更贴合信号的实际值，能为未来同步相量测量技术提供重要的理论依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的提出和意义

1．2 研究现状

1．2．1 同步相量测量算法研究现状

1．2．2 谐波测量研究现状

1．3 本文主要完成的工作

第2章 基于时域模型的动态同步相量估计新算法

2．1 理论推导

2．1．1 考虑频率偏移的动态信号建模

2．1．2 基于短时傅里叶变换的相量预估计

2．1．3 基于时域模型的估计方法

2．1．4 频率偏移测量及其离散方法

2．2 算法运算量分析及实现流程

2．2．1 运算量分析

2．2．2 算法实现流程

2．3 基于MATLAB的理想信号仿真验证

2．3．1 阶跃信号

2．3．2 频率线性变化信号

2．3．3 功率振荡信号

2．3．4 谐波干扰

2．3．5 噪声干扰

2．3．6 衰减直流分量干扰

2．4 动态信号的性能验证

2．4．1 基于PSCAD／EMTDC的动态信号仿真

2．4．2 基于RTDS的动态信号仿真

2．4．3 基于实测信号仿真

2．5 本章小结

第3章 基于频域模型的动态同步相量估计新算法

3．1 理论分析

3．1．1 考虑频率偏移的动态信号建模

3．1．2 基于短时傅里叶变换的相量预估计

3．1．3 基于频域模型的泰勒系数估计

3．1．4 频率及ROCOF估计

3．1．5 相移运算

3．2 运算量分析

3．3 算法实现流程

3．4 算例分析

3．4．1 阶跃信号

3．4．2 频率线性变化信号

3．4．3 功率振荡信号

3．4．4 噪声干扰

3．4．5 实测信号

3．5 本章小结

第4章 计及频率偏移的动态谐波相量测量算法

4．1 动态谐波相量测量算法理论推导

4．1．1 谐波信号动态建模

4．1．2 谐波相量预估计

4．1．3 泰勒系数估计

4．1．4 相量和频率估计

4．2 算法实现流程

4．3 运算量分析

4．4 算例分析

4．4．1 算法评价标准

4．4．2 理想信号仿真验证

4．4．3 实测数据仿真验证

4．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果