功角测量方案设计

1、功角测量方案设计摘 要：本文详细的讨论了现代电气测量技术下功角测量的几种可行的方法、以及它们各自的优缺点，传统方法所面临的困难，着重研究了基于现代gps技术的功角测量方案、具体的测量物理量以及数据处理中误差的分析、整个系统的软件算法和应用背景。从较为折中的角度提出了一种可行的功角测量方案。关键词： 功角测量 gps 同步测量 转子位置测量 功角精确算法1引言 随着全国联网、西电东送、南北互供工程建设的加速，我国互联电网规模日益扩大，因此对电网的稳定性提出了更高的要求。而本文着重对表征电力系统稳定性的重要参数功角的测量提出了一种方案。笔者查找了最近的有关功角测量的几篇文献，在这里向作者表示敬意和

2、感谢！文献1从最简单的有功功率和功角关系分析了功角的作用；文献2从原理上阐述了直接测量法的优点。文献34介绍了解决同步测量和电势测量问题的方法文献5提出了一种改进后测量波形的方法。文献6介绍了间接测量转子位置的方法。文献7介绍了基于水轮机的功角测量方法。文献8介绍了一些误差的来源和处理方法。文献9提出了机械振动的误差来源。文献10介绍了几种功角的软件算法。文献11介绍了数据库的设计方法。文献12介绍了华东电网的功角测量本文在以上基础中改进了功角的测量流程，在过程中详细的讨论了具体的实现步骤。2问题的提出2.1 功角测量方法设若、分别表示内功率角、功角和外功率角，则他们满足简单的数学关系：=+，

3、这是针对一般的、能够维持电网稳定运行的同步发电机而言的。事实上，若功角过大，则有可能引起系统不稳定。在文1中我们得到了形如: pg=equsin/x (1-1)的结论，并得到了如下的-pm曲线 图1 同步发电机功率特性当90时，发电机不能稳定运行，所以在下面的讨论时，我们认为在一般情况下发电机是静态稳定的，即满足0)，那么对于正常的测量值有 (3-11)式中，k和k+1分别为第k次和第k+1次测得的功角。t为测量周期。若所测得的结果不满足(3-11)，那么认为有粗大误差，应该拒绝该数据。3.4 实时监测、软件设计和应用在文10中，详细研究了电网相量同步测量技术的背景和前景。在文中提到了相量同步

4、测量技术的诸多应用之一，即通过测量功角来反应系统的潮流和稳定程度，当系统结构改变或发生事故而产生振荡时，振荡过程直接表现为功角的变化，由此引出了利用相量同步测量技术实时监测功角变化的概念。采用这种技术，极大的提高了系统运行的可靠性，改变了常规状态估计的数据量大、精度低、实时性差的问题，提供了准确直接的系统状态量，大大提高了对系统运行的控制和决策能力。除了功角测量外，还可以应用在系统的有功监测、无功监测、多机组之间同步监测、振荡监测和系统稳定等。关于软件设计，首先需要确定的是几种算法的优点和缺陷。文11中比较了常见的功角算法：(1)过零点插值算法：优点在于其计算量很小，运算简单，实时性好，且在采

5、样数据只含有整次谐波的情况下能打到的一定精度要求。缺点在于当采样数据带有非整次谐波或者是非周期分量的时候，插值法的精度就会大幅下降，它对非整次谐波和非周期分量没有滤波能力。(2)全周傅氏算法：优点为计算量相对小，实时性能好，在采样数据只含有整次谐波的情况下能达到很高的精度，对谐波有一定的滤波能力。缺点是基于周期函数模型的算法，傅氏算法的精度就会受到很大的影响，相比较过零点插值算法，它能滤除周期分量，但是仍然又很大的局限性。(3)fir带通滤波单元+过零点插值算法：这种带通滤波但愿的优点在于带通滤波单元对非整次滤波和非周期分量有一定的滤波能力，因此在采样数据带有滤波时能够对精度提高起一定的作用。

6、缺点是由于增加了运算，其实时性会有所下降(4)fir带通滤波单元+傅氏算法：这种算法的优点在于傅氏算法对周期性谐波的滤波能力结合了fir滤波单元的滤波能力以后，对提高精度有了一定的改善。缺点是它对非周期分量的采样数据的计算精度仍然达不到要求，这是因为这种算法仍然没有很好的加入对非周期分量的滤波。(5)差分滤波单元+fir带通滤波单元+傅氏算法：这是种兼顾了非周期分量和非整次谐波分量同时存在而设计的实时算法。这种算法的优点是滤波特性极好，复杂情况下的采样数据仍然有很高的精度。其实时性能依然很好。在确定了合适的算法后，还需要根据需要设计合适的数据服务器。关于这部分的内容在文12中已经有详细的讨论，

7、这里不再赘述。 图12 实时数据库与功能模块结构图以华东电网多功能功角实时监测系统的基本构成为例(此数据来源于文13):中国电力科学研究院、国家电力公司华东公司及台湾欧华科技公司联合研制开发的华东电网多功能功角实时监测系统，就是基于gps技术研制成功的实时系统。它不仅可以用于功角稳定监测，还可以记录更复杂的系统扰动过程，同时具备实时在线监测以及记录系统运行的长期稳态数据等功能。华东电网多功能功角实时监测系统采用了下列新技术：（1）多重dsp结构，具有强大的数据处理能力；（2）内置gps卡，实现同步采样技术；（3）以表头及波形的形式实时显示系统功角并监测低频振荡；（4）采用基于改进的非递归dft

8、实现相量测量的算法；（5）提出了一种快速精确地测量节点频率的正序电压相角差算法； （6）进行系统长期稳态数据记录，实现 “黑匣子”功能； （7）建立功角网站，将实时功角数据发布到系统中，相关工作人员可直接通过浏览器实时监测 图13 自适应直接测量发电机功角接入示意图4总结与体会本文阐述了完全和书本内容不同的功角测量方法，从传统的纯电气测量方案到直接测量方法，详细介绍了诸多测量方法的优点和缺点，并详细讨论了基于gps技术的功角测量在同步测量、转子位置测量、误差分析和软件编写、数据库设计及应用背景。写这篇论文，真的可以算是呕心沥血了。连续不间断的写了两天，才勉强写出了这7000字的论文。首先在论文

9、最开始我只是想到了把原来电机书上那套理论再在论文里面推一遍，然后想说只需要测量ui还有cos就可以测算功角了。事实上这种方法根本很难采用，我也是在网上搜索了许多文献才得到这样的结论的。从同步测量的角度来看，gps无论是从时钟特性还是同步特性都比间接测量法好了很多。后来查找文献我还发现了原来功角还有别的物理意义。最开始找到的许多论文都是各执一词，从很多个不同的方面描述了功角测量的许多不同方法和特点，甚至我还发现有的论文和别的论文根本就是有着截然不同的相反结论，后来也是在看了几篇稍微基础点的论文后才慢慢掌握了功角测量的入门的方法和思路，然后开始一步步着手把整个测量的过程串了起来。总之整个过程相当漫

10、长，我自己也在寝室吃了两天外卖，终于知道原来实际中的方法和自己想当然的理论方法原来有如此大的差距。参考文献：1杨冠城.电力系统自动装置原理.中国电力出版社,2010.2梁振光.发电机功角的实时计算方法.继电器,2004,(01)3王少荣等.同步发电机功角高精度测量方法及其实现,中国机械工程,1999,10(6)4严登俊等.基于gps时钟信号的发电机功角实时测量方法,电力系统自动化,2002,4(8)5王小华等.基于单片机的发电机功角自适应在线监测,华北电力技术,2002,2 6刘素英等.发电机功角微机测量及其应用,电力系统自动化,1993,17(10) 7杨永标等. 一种测量水轮发电机功角的精

11、确方法,电力系统自动化,2005,15(7)8刘怡.gps功角测量在电力系统状态估计中的应用,华北电力大学(北京)硕士学位论文8李刚等.电力系统广域动态监测中的功角直接测量技术,电力系统自动化,2005,3(2)9庞杰.电网相量同步测量技术及应用,高电压技术,2007,3(3)10范春菊等.功角精确测量算法的研究,浙江电力,2004,6(6)11谢欢等.pmusgps功角测量系统数据服务器软件设计,全国高等学校电力系统及其自动化专业第十九届学术年会论文集12王兆家等.华东电网多功能功角实时监测系统的开发及应用,中国电机工程学报,2010,19design of power angle measurementabstract：this passage discusses some possible ways to measure the power angle, and introduces their advantages and disadvantages, the difficulties in tipical motheds. it mainly researches the modern technology to