同步相量测量技术研究

林 彬

（国网山西省电力公司长治供电公司，山西 长治 046000）

同步相量测量技术研究

林 彬

（国网山西省电力公司长治供电公司，山西 长治 046000）

同步相量测量技术是指在全网统一的时标下，对电力系统的不同节点的电压和电流进行同步采样，生成各节点电压和电流相量的正序相量，然后将这些信息以一定格式的数据包上传到控制中心。文章在统一的时间坐标系上，对电力系统的状态进行了分析。

同步相量；测量原理；测量方法；研究

随着电力系统对其监测要求的不断提高，在全网范围内建立动态监测系统显得越来越重要。以同步相量测量技术为基础形成的广域测量系统(WAMS)，实现了电力系统的实时动态监测，为电力系统的安全分析和稳定控制提供了新的方法和手段。

1 同步相量测量原理

随着电力系统中电网建设规模的逐年扩大，相量分析在电力系统也将成为重要的工具，电力系统运行状态中相量的实时测量也显得尤为重要。在系统的运行中，母线的电压相角差决定了有功潮流的变化。同步相量测量时，利用GPS信号对母线的电流电压进行测量，通过比较分析，测算出相角、幅角和频率对电网进行监控和测量，也是后续进一步应用的关键前提，其采用的算法必须满足高可靠性、高精确度、强实时性的要求。计算相量、频率的典型算法，有周期法、递归DFT变换算法。

2 同步相量测量技术方法

2.1 过零检测法

过零检测法是通过测量工频信号在零点时刻和某一特定的时候相比较，是一种较为直观的方法。

如公式（1），在过零比较器能将正弦波变为方波中，输入三相交流及测量CPU信号，利用方波上升时检测正弦波的过零时刻。标准50Hz信号的相位是由计时器通过相邻的标准50Hz信号的过零点时差转化而来。此信号全网统一。

图1 过零检测原理

过零测量方法的优点是在硬件上较为容易实现且方法简单，缺点是系统电压频率在实际中是波动运行的，而此方法是假定不变的。而且过零检测法在电压发生畸变的情况下，会造成误差。

2.2 递归DFT算法

首先选定采样间隔 ，采样时间满足t＝k ，k是自然数。则我们可以得到。

相量X可表示为：

其中：

一般在运算中会采用改进的递归DFT算法，在（3）式中，能够得到两个实时采用值：

则根据（3）可以得到：

需要明确的一点是我们需要的是正序相量，因为稳定问题的研究对象——系统母线电压和频率测量的基础是正序相量，所以我们通过递归DFT算法计算出每一相电压（电流）的相量后，还要合成为正序相量。由电力系统相关知识可知，由三相求正序的关系为：

相量在复数空间内逆时针运动为正方向，相角沿逆时针方向增大。同时还要考虑的一点是，非标准频率的信号利用此方法会产生周期性变化，幅值和角度需在（8）式中进行平滑。

在采用序列两相邻的过零点还可以利用线性插值法来获得频率。假设采样序列为x(i)，采样间隔为，Ts，Ts=T／N，其中T为工频信号周期，N为数窗口大小。如果有x(k1)•x(k1+1)＜0，说明在x(k1)与x(k1+1)之间存在一个过零点，利用线性插值有：

其中：Δk1为过零点与采样点x(k1)之间的距离，Δk1·Ts为相距时间。

同理，可以求得另一相邻过零点与采样点x(k2)之间的距离：

考虑特殊情况，如果x(k)=0则对应Δk=0，因此，输入信号的周期及频率可由下式获得：

2.3 衰减直流分量对傅利叶算法造成误差分析及改进措施

在傅里叶采用序列中若一周的采用点为N，如果在采用值中U(N)≠U(0)的电压幅值，则说明存在衰减直流分量。设输入电压信号为式(13)形式：

由傅里叶公式可知，基波分量实部误差Δk1、虚部误差Δk2分别是：

以上的分析计算结果表明，都需弥补衰减直流分量对傅利叶算法带来的误差。不论是近似滤去衰减法还是精确滤去衰减法都很复杂。

可以再进行傅里叶变换前滤去故障信号的衰减直流分量，步骤如下：首先查看是够存在直流分量的衰减，然后在不同的两个t1、t2。

对电压进行周期T内的积分，可以令t1=0、t2=Ts(采样周期)，则有：

上式中：若S1、S2相减不为0，则说明直流分量存在衰减，要先滤去直流分量后在进行傅里叶变化；若S1、S2相减为0，则说明直流分量不存在衰减，可以直接进行傅里叶变化。由式(16)(17)解方程可得：

U’(r)是经过采样点U(r)补偿后说得，U(r)与U’(r)间关系如式(19)所示：

然后对U’(r)进行离散傅利叶变换，可以计算出基频电压幅值和相角。

3 结束语

文章对PMU装置设计进行了细致地分析和研究。得出以下结论：

（1）PMU在算法上采用计算量小的的递归DFT算法，考虑到衰减直流分量对DFT算法的影响，对算法做出了相应的改进。

（2）采用北斗卫星导航系统作为电力系统的同步时钟的同时，考虑取GPS作为备用对时信息，使授时单元进一步增强了其可靠性和准确性。

（3）星寨站内部利用DL/T860组建局域网，使网上的节点间通讯可靠，灵活而且实时性好。同时，可以避免数据的堵塞现象的发生，节点的数目理论上没有限制。

（4）PMU在广域测量系统中占有尤其重要的地位。

表2 磨削辊清洁持持续时间试验

（3）机罩清洁持续时间。其它参数不变，降低机罩清洁持续时间，统计闸板达不到位停机时间并与之前的数据进行对比验证。经过在线试验，确定机罩清洁持续时间参数设定在7s时，为最优参数（见表3）。

表3 机罩清洁持续时间试验

3 结束语

按照90s、7s、7s对设备参数进行修改并进行试验，统计了10月份切丝机故障停机时间，得出数据（见表4）。切丝机故障停机时间从改进前的150min下降为改进后的56.5min，降低了93.5min。经过本次课题实施，建立了切丝机磨刀系统的保养细则，便于车间推广实施。车间维修人员课题实施过程中编写了Tobspin切丝机操作与维修培训教材，教材中对切丝机磨刀系统等部位的日保、周保、年保标准。按照每月4周时间来算的话，三条制丝线的时间效益：月×周×节约时间×生产线=12×4×93.5min×3=13464min=224.4h。通过对切丝机磨削装置参数的优化，使切丝机故障停机时间得到了明显的降低，生产效率提升，过程流量稳定性得以提高。节约的不仅仅是时间，还节约了生产过程中的水、电、气、汽、人工等各项费用，减少了设备的磨损，从而降低了产品的制造成本。

TM930.12

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1671-3818（2016）04-0057-02