同步电压的测量与分析「自适应信号灯」

今天带来同步电压的测量与分析「自适应信号灯」，关于同步电压的测量与分析「自适应信号灯」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

电力系统安全是国家安全的重要组成部分，电力系统的量测技术是电力系统安全的 基础。同步相量测量单元(Phasor Measurement Unit，PMU)因其高精度、高上送率等优点，已在国内外快速发展、广泛应用。然而电力系统已呈现越来越明显的电力电子化特 征，这导致电力系统特性发生本质改变，电力系统安全面临新的挑战。电气量频谱特征 复杂、时域瞬变多、动态过程快，导致动态相量准确测量与快速准确跟踪系统动态过程 更加困难。传统电力系统量测以基频稳态信号为主，假设输入相量在时间窗内稳定不 变，当相量计算时间窗内电气量发生瞬变，既包含瞬变前信号，又包含瞬变后信号时， 相量测量结果无意义，存在一个时长与时间窗长一样长的过渡过程，无法提供快速准确 的数据。

此外，受大量非线性负荷的影响，电网的噪声含量增加。噪声的增大会导致测量相量的幅值与相角产生伪波动，影响直接测量精度，而且由于频率与频率变化率分别为相 角的一次导数与二次导数，噪声所造成的相角的微小波动可使频率与频率变化率测量误 差增大上百倍，由于噪声频谱范围及其宽泛，难以对噪声进行抑制与消除。

随着IEEE、中国及国家电网公司的PMU标准的发布及逐步完善，PMU动态条件下的量 测精度受到越来越多的研究机构地重视，很多新的技术在算法中得到了应用。但是由于缺乏电网信号噪声含量及其对相量测量影响的机理研究，现有的PMU标准中未对噪声含量及在噪声条件下的测量误差极限进行要求。

问题拆分

首先建立动态相量模型，并用二阶泰勒级数模拟相量幅值、相角、频率与频率变化率的动态变化；利用所建立的动态相量模型，得到相量模型参数在电力系统典型静动态过程中的行为规律；根据所得到的相量模型参数的行为规律，进行信号类型识别，识别出电力信号的瞬变、不含噪声的静态、含噪声的静态与动态过程；再针对识别出的电力信号的瞬变、不含噪声的静态、含噪声的静态与动态过程，分别进行瞬变前后计算时间窗的自适应构建、噪声抑制以及动态相量补偿。利用该方法无论在输入静态信号还是动态信号时，都可以准确且快速地进行相量量测。

问题解决

1.一种基于信号识别的自适应同步相量测量方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、建立动态相量模型，并用二阶泰勒级数模拟相量幅值、相角、频率与频率变化率的动态变化；

步骤2、利用所建立的动态相量模型，得到相量模型参数在电力系统典型静动态过程中的行为规律；

步骤3、根据所得到的相量模型参数的行为规律，进行信号类型识别，识别出电力信号的瞬变、不含噪声的静态、含噪声的静态与动态过程；

步骤4、针对识别出的电力信号的瞬变、不含噪声的静态、含噪声的静态与动态过程，分别进行瞬变前后计算时间窗的自适应构建、噪声抑制以及动态相量补偿；

其中，在所述步骤2中，所得到的相量模型参数在电力系统典型静动态过程中的行为规律具体为：

当输入信号为不含噪声的静态信号时，其相量幅值、相角、频率与频率变化率的一次、二次系数为0；

当输入信号为包含噪声的静态信号时，其相量幅值、相角、频率与频率变化率的一次系数、二次系数均会在0附近发生无规律的跳变，且表征大小与噪声大小有关；

当输入信号为调制信号时，其相量幅值、相角、频率与频率变化率的一次系数、二次系数在一段时间内不会同时反复过零点；

当输入信号失步时，通过判断频率的一次系数在一段时间内是否多次过非零的固定值，且频率的二次系数是否均多次过零点，由此来判断该信号是否失步；

当输入信号瞬变时，则初始相量拟合的频率变化率的一次系数的最大值是突变前的2.5倍。

2.根据权利要求1所述基于信号识别的自适应同步相量测量方法，其特征在于，在所述步骤1中，所建立的动态相量模型用公式表示为：

其中，x(t)是信号采样值，Xm(t)是相量幅值，f(t)是信号频率，是相量初相角，f0是额定频率，Δf(t)是频率偏移；

在上述模型中，相量幅值、相角、频率与频率变化率在计算时间窗内都随时间t变化而变化。

3.根据权利要求1所述基于信号识别的自适应同步相量测量方法，其特征在于，所述电力系统典型静动态过程包括：

瞬变过程，具体为突变或阶跃；

不含噪声的静态过程；

包含噪声的静态过程；

动态过程，具体为调制和失步。

4.根据权利要求1所述基于信号识别的自适应同步相量测量方法，其特征在于，在所述步骤4中，针对电力信号的动态过程所进行的动态相量补偿具体为：

利用二阶泰勒级数对动态相量输入进行拟合，获得DFT平均化效应造成的量测误差与泰勒级数二阶系数的线性关系；

利用所获得的关系对初始量测相量进行校准，以进行动态精度补偿，得到精确的动态量测相量，消除平均化效应产生的误差。

5.根据权利要求1所述基于信号识别的自适应同步相量测量方法，其特征在于，在所述步骤4中，针对电力信号含噪声的静态过程所进行的噪声抑制具体为：

若判断含噪声的静态信号未发生阶跃，且该静态信号的幅值、频率和频率变化率未经过动态精度补偿，则对该静态信号的幅值、频率和频率变化率进行求平均并赋值，以减小白噪声导致的幅值、频率和频率变化率计算误差。

6.根据权利要求1所述基于信号识别的自适应同步相量测量方法，其特征在于，在所述步骤4中，针对电力信号瞬变的过程所进行的瞬变前后计算时间窗的自适应构建具体为：

对包含突变点的时间窗进行重新构建，对于时标在突变点之前的相量，均使用突变前的量测相量；对于时标在突变点之后的相量，均使用突变后的量测相量。