计及配电网不平衡的同步相量测量算法研究

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在电网实际运行过程中,由于用电负荷分配不合理、负荷的不断变化以及线路故障等情况的发生,使得三相不平衡成为配电网较为突出的问题。当系统在不平衡状况下运行时,单相或者多相电力信号的幅值或相角将会出现预期之外的异常变化,影响相量测量算法精度,导致相量测量算法存在误差,限制广域同步相量测量系统的高级应用。因此,本文提出一种考虑配电网不平衡的动态相量测量算法,抑制不平衡信号对测量算法的影响,改进相量测量算法精度,提高PMU在配电网中的综合适用性。考虑DFT-Taylor模型中负两倍频分量误差会影响单相相量测量算法的精度,论文首先分析了负两倍频分量误差产生的原因;随后将DFT-Taylor模型拓展到不平衡信号中;根据不平衡信号展开特征,利用CLARK变换构造新相量模型,进而抑制负两倍频分量对相量测量算法的影响。根据IEEE标准提出的单相不平衡信号模型,并结合理论推导,提出考虑单相不平衡的同步相量测量算法。首先,利用传统DFT对不平衡信号进行预估,并测得不平衡度系数。然后,基于提出的抑制负两倍频分量的新相量模型,根据测得的不平衡度系数修正测量矩阵,再经离线矩阵调用、相移运算等步骤对基波相量进行估计。最后,通过MATLAB理想信号及PSCAD/EMTDC仿真信号检验算法性能,仿真结果表明:在增加有限运算量的基础上,算法在频率线性变化下能满足标准1%的测量要求、振荡工况下测量精度维持在2.5%左右,与现有算法相比,能够保持较高的测量精度。单相不平衡指在三相电压/电流信号中,其中一相信号的幅值或相角发生异常变化,但根据电力系统实际运行特征,频繁出现的不平衡信号多呈现随机性、不确定性,仅考虑信号发生单相不平衡具有一定的局限性。因此,对IEEE标准给出的单相不平衡信号模型进行拓展,提出考虑多相不平衡的同步相量测量算法,进而提高算法在实际应用中的适用性。多相不平衡状况下,三相信号幅值各不相同,各相相位也不再相差2π/3rad。首先,利用采样数据窗对其中任意一相信号进行平移操作获取对称相量估计值,进而对不平衡度系数进行估计。其次,结合CLARK变换对多相不平衡信号动态相量重新构造,利用多个不平衡度系数对测量矩阵进行修正,进而对基波相量进行估计。最后,通过理想信号仿真表明,在出现多相不平衡的状况下,相较于对比算法,所提算法具有更高的适用性和有效性。论文所做理论研究和仿真结果表明:将不平衡因素考虑到基于三相信号的同步相量测量是具有实际意义的,所提算法抑制了负两倍频分量对相量测量的影响,为PMU在配电网不平衡状况下的应用提供了新的思路。
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