电力系统“广域同步相量测量”中几个关键问题的研究

“广域同步相量测量”是一种在统一时钟协调下实现大电网实时同步测量的重要技术,是广域电力系统稳定分析和控制的前提和基础。由于全局统一时钟和本地同步测量两大问题一直难以解决,限制了该技术的发展。到20世纪90年代,全球定位系统应用的普及完满地解决了统一时钟问题,大大促进了广域同步相量技术的发展,并使研究重点转移到本地同步测量上来。 本论文在总结前人研究的基础上,对广域同步相量测量中频率的分布特性、动态频率精确测量、高精度相位测量、干扰对测量精度的影响,以及测量精度的校核等几个关键问题作了深入的研究。主要工作表述如下: 1、在双频迭加的基础上,详细分析了频率的分布特性,推导出迭加信号频率的一般表达式,获得的结果具有普遍意义,对测量位置的选择具有指导作用。 2、指出系统频率测量精度是PMU相量测量精度的关键,而且频率测量偏差造成的相位影响远高于幅值影响。分析了随机干扰下信号的测不准问题,提出测频所能获得的理论精度与干扰的性质有关,各种测频方法的差异仅在于以何种程度接近该精度。 3、提出并论证了“圆心拟合法”相量测频方法,具有一定的应用价值。 4、利用FIR(MA)滤波器线性群延迟特性可以完全补偿的特点,从实用角度出发,提出了基于FIR(NA)滤波的精确测频方法,能够获得较为精确的测量结果。论文分析了随机干扰的影响问题,提出局部线性化方法估算频率受扰情况,再经过频率的IIR(AR)滤波后,获得较高的测量精度。该方法不需要采用同步跟踪测量技术,具有性能稳定、线性度好、精度高的特点,可以满足一些对实时性要求不是很高时工程需要。 5、以常用2阶PLL(使用1阶RC无源环路滤波器)为基础,作者首次就PLL的动态跟踪特性及其对同步测量精度的影响问题进行了详细的分析和仿真。指出PLL存在参数优化、纹波影响、自身延迟和前置滤波延迟等问题将会给频率和相量的动态测量精度造成不可忽略的影响。论证了PLL并非一种高精度动态测量硬件,不适用于大动态下频率和相量测量。 6、在GPS同步时钟信号协调下,作者提出了利用对晶振信号进行整数分频生成PMU异地同步校核基准信号的方法,用于PMU装置的自校核和广域同步校核,彻底解决了广域测量装置无法校核的问题。该方法可靠,实现难度小,可以作为PMU的标准环节。 7、首次提出并研究了瞬态能量冲击对同步测量的影响问题,推导了受扰程度估算表达式。结合均方残差及其变化率,可形成一种受扰程度的在线估算方法,用以衡量测量数据的综合受扰程度。该方法利用了测量现场充裕的数据源,可以实时有效地抑制冲击干扰的影响,并且效果要优越于利用回送数据作估计的效果,可以提高电力系统状态的估计的精度。 8、在鉴别强干扰的基础上,提出建立广域测量数据的“精度等级”体系的设想,可以为状态估计、实时控制等应用提供精度判别依据,减少对高误差数据的依赖,改善状态估计的效果。