第三章基于GPS的电力系统广域测量原理与技术(研)3课件

基于GPS的电力系统

广域测量原理与技术王少荣教授

提纲1绪论2全球卫星定位系统（GPS）的基本原理3同步相量测量单元（PMU）4同步发电机功角测量5基于GPS的广域同步时间系统6WAMS的数据交换技术7作为电力系统动态监测平台的WAMS8典型电力系统广域测量系统同步相量测量单元（PMU）第三章同步相量测量单元（PMU）的原理与技术3.1PMU的作用同步相量测量是WAMS的主要功能之一，图3.1为由装在各厂站的PMU（包含GPS接收机）单元、信道和调度中心的监测计算机构成实现电力系统同步相量测量的监测系统框图。3.2影响PMU测量精度和动态性能的因素

（1）电力系统的正常操作，（2）电力系统的谐波，（3）电力系统的振荡，（4）电力系统短路故障的暂态过程，（5）电容式电压互感器（CVT）的过渡过程，（6）电力系统正常运行时各种自动控制系统的动作（如AVC、AGC等），（7）电力系统异常情况下各种自动控制系统的动作（如继电保护动作、强行励磁、切机、切负荷等）。同步相量测量单元（PMU）的原理与技术在电力系统在正常运行时母线电压变化的特征是：幅值和频率都在额定值附近的小范围内变化，各母线电压的频率实际上不完全相等，如果线路传输的功率突然发生较大变化时，邻近的母线电压的相位有可能会发生突变。在电力系统振荡时，母线电压变化的特点是：瞬时频率变化较大，幅值也有可能大幅度变化，但三相电压对称且相位不会突变。在电力系统发生短路故障时，邻近母线电压变化的特点是：相位会发生突变，电压幅值可能会大幅度降低，也可能会存在衰减的直流分量。如短路发生在发电厂附近时，则可能还存在衰减的工频分量和衰减的倍频分量，并会受到强行励磁的影响。同时还要考虑输电线路分布参数引起的谐波。因此可以得出这样的结论，无论是处于正常运行状态还是处于不正常运行状态的电力系统，其母线电压都是在时刻变化着的。母线电压的三个参量中，幅值和相位可能发生较大幅度的非正常变化，甚至是突变。频率虽然不会大幅度变化，但其实时测量将会受到其他两个参量变化的影响。这些情况是在研究电压相量测量方法和设计同步相量测量单元时必须要考虑的。3.3同步相量测量的信号过零检测法（1）基本原理

▲技术方案如图3.2所示，波形如图3.3所示。同步相量测量单元（PMU）的原理与技术信号过零检测法只能测量电压相量的频率和相位，在实际应用中，还需要采用其它方法测量电压相量的幅值。下面主要介绍频率和相位测量原理。请看图3.3，可得到下面的关系式。（2）

误差分析同步相量测量单元（PMU）的原理与技术（3）滤波器相移及软件相位补偿技术

(4)

动态特性

信号过零检测法在无相位突变时，有很高的相位变化跟踪速度，在有相位突变时最长的响应时间是被测信号周期（只检测上升沿的情况）。

同步相量测量单元（PMU）的原理与技术(5)对信号过零检测法评价

同步相量测量单元（PMU）的原理与技术◈电路简单，容易实现。◈软件计算量小。◈如果振荡器频率较高，频率测量的误差主要由同步定时信号误差决定。◈相位测量误差与同步定时信号的精度无关，只要振荡器频率大于1MHz，即具有较高精度。◈有较高的响应速度。◈只能用模拟隔直和滤波来消除衰减直流分量和各种谐波的影响。◈在被测信号发生相位突变时，当前的频率测量值和相位测量值可能不正确。由于信号过零检测法具有上述优点，不失为一种可选的同步相量测量方法

3.4同步相量测量的离散傅氏变换法(DFT)

A基本原理满足荻里赫莱条件的周期函数可以展开为傅氏级数。对于有限区间的非周期函数可以通过扩展后成为周期函数，从而对该区间函数的频率分量进行研究。同步相量测量单元（PMU）的原理与技术

你能否解释对于交流电压信号，是怎样应用傅氏算法得到基频分量的？需要注意三个问题：1被分析的交流信号是随时间不断变化的，包括频率和幅值也在变化；2求相位时特别要注意时间起点的选取；3对于实时监测系统，我们能够用于计算的只有当前时刻及此刻之前的采样点数据。－T+T0ut

采用离散算法，也就是采用求和代替求积分，通常有矩形等效法和梯形等效法。矩形等效法梯形等效法

根据矩形等效法得到：

根据梯形等效法得到：

B傅氏算法的误差问题根据三角函数的正交性应该注意下面问题：

1必须整周期采样；2不能虑除分数次谐波。

同步相量测量单元（PMU）的原理与技术？？？用傅氏算法求谐波分量积分区间应该如何确定？

啊－－－－我终身的伴侣－－－

正弦波！！！

C动态特性-----响应时间为一个被测信号周期。

同步相量测量单元（PMU）的原理与技术

D变频采样与同步时间的矛盾

采用“采样时间后退法”

同步相量测量单元（PMU）的原理与技术

E对DFT法的评价

同步相量测量单元（PMU）的原理与技术◈电路简单，实现容易。◈软件计算量不大。◈能在一定程度上滤去衰减直流分量和高次谐波。◈具有较高的响应速度。◈相位测量误差和幅值测量都与采样频率有关，

必须采用变频采样才能保证测量精度，同时还要解决时间同步和频率同步的矛盾。◈该方法宜与“测周法”测频共同使用。总之，DFT法的性能与信号过零检测法相当，也不失为一种可选的同步相量测量方法。

结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。WhenYouDoYourBest,FailureIs