基于调制信号窗内模型的电力系统动态相量测量误差分析及方法研究

The accurate and fast measurements of dynamic phasor are important to the effective implementation of dynamic monitoring and controlling strategy of smart grid. In this project, fully considering the time varying characteristics of amplitude and frequency of electrical signal, aiming at improving dynamic phasor measurement precision and response time, the models of dynamic phasor measurements are divided into inner window model and outside window model. Based on the principle of establishing the inner window model and outside window model separately, the modulation signal model is built as the inner window model for all dynamic conditions. The time frequency characteristics of modulation signals are studied using the trigonometric function transform and long time signal spectrum, and the phasor measurement errors under varying amplitude and frequency of electrical signals are analyzed based on the time frequency characteristics of the modulation signals. Then error elimination methods are analyzed and compared based on measurement precision and response time. The impacts of waveform distortions and dynamic disturbances are studied. Summarizing all the above rules, the dynamic phasor measurement method based on modulation signal inner window model is established. Simulation/field experiments and theoretical analysis are developed to analyze and evaluate the proposed method.

准确、快速的动态相量测量对于智能电网实施有效动态安全监控措施至关重要。本项目针对动态条件下电气信号幅值和频率时变的特点，以提高动态相量测量精度和速度为目标，把动态相量测量观测模型分为相量计算窗内模型和相量计算窗外模型，按照窗内外分别建模的原则，对各种动态条件都建立基于调制信号的窗内模型。根据三角函数变换和长时间信号傅立叶谱研究调制信号的时频对应关系,根据调制信号时频特点研究电气信号幅值和频率时变给动态相量测量带来的误差，在误差分析的基础上研究各种误差抑制方法，从测量精度和响应速度等方面研究和比较各种误差抑制方法的性能。研究各种波形畸变和动态干扰因素对误差抑制方法的影响。总结上述规律，研究和建立基于调制信号窗内模型的动态相量测量方法，并通过试验验证及理论分析的手段分析和评价所建立的方法。

本项目的研究目标是：1、本项目针对动态条件下电气信号幅值和频率时变的特点，以提高动态相量测量精度和速度为目标，把动态相量测量观测模型分为相量计算窗内模型和相量计算窗外模型，按照窗内外分别建模的原则，对各种动态条件都建立基于调制信号的窗内模型。2、根据三角函数变换和长时间信号傅立叶谱研究调制信号的时频对应关系，根据调制信号时频特点研究电气信号幅值和频率时变给动态相量测量带来的误差，在误差分析的基础上研究各种误差抑制方法，从测量精度和响应速度等方面研究和比较各种误差抑制方法的性能降低电网频率测量方法的计算复杂度，以满足电网频率在线测量的实时性要求。3、通过仿真实验和理论分析的手段评价和比较所建立算法的性能。.本项目的研究内容包括：1、建立动态相量测量观测模型。把动态相量测量的观测模型分为窗内模型和窗外模型，按照窗内外分别建模的原则，对各种动态条件都建立基于调制信号的窗内模型。 2、研究幅值调制信号和频率调制信号的时频对应关系，基于调制信号的时频对应关系研究动态相量测量误差的产生原因及误差特点。根据误差分析结合信号建模研究各种误差抑制方法。在误差分析的基础上建立基于调制信号窗内模型的电力系统动态相量测量方法。3、以基于观测信号模型生成的各种仿真信号和电网实测电气信号为试验对象，与常用的相量测量方法进行性能比较，同时与商用PMU 的测量结果进行对比。通过试验结果分析结合理论分析，验证所建立方法的有效性和实用性。.结合该项目的研究，培养毕业硕士5名，在读硕士3名，在IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement上以通讯+第一作者发表论文1篇，投稿3篇，获得批准专利4项，申请国家发明专利8项。