一種基于瞬時值比較的pmu動態(tài)性能多指標測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種僅基于實測相量數(shù)據(jù)和瞬時值錄波數(shù)據(jù)，對安裝在現(xiàn)場的PMU的動態(tài)量測性能進行在線多指標測試的方法。該方法將擾動期間的PMU相量數(shù)據(jù)還原為暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)，并獲取對應(yīng)的瞬時值錄波數(shù)據(jù)，通過所提出的指標找出相量暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)與實際的瞬時錄波數(shù)據(jù)在相關(guān)性、相量算法快速響應(yīng)、幅值縮放和總體相似性上的差異，從而對PMU的動態(tài)量測性能進行定量的評價。本發(fā)明不需要專門的測量裝置和實驗環(huán)境，解決了暫態(tài)過程中相量定義的差異所造成的干擾，并且具體給出了相量動態(tài)量測在哪些特性上產(chǎn)生了誤差。
【專利說明】一種基于瞬時值比較的PMU動態(tài)性能多指標測試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)廣域測量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種對同步相量測量裝置（下 簡稱PMU)量測質(zhì)量進行評估的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 基于PMU的廣域測量系統(tǒng)可以對電網(wǎng)的動態(tài)運行狀況進行記錄和監(jiān)控。目前省 級以上電網(wǎng)的主要變電站和發(fā)電廠都已安裝了 PMU。然而各廠家的PMU產(chǎn)品在實際運行環(huán) 境中的精度和相量測量的一致性迄今為止，并沒有嚴格地經(jīng)過檢驗。雖然IEEEC37. 118標 準對同步相量測量的靜態(tài)特性做出了規(guī)定，但是沒有對PMU的動態(tài)特性做出詳細規(guī)定。隨 著PMU應(yīng)用環(huán)境的日益復(fù)雜，尤其是越來越多地應(yīng)用于故障暫態(tài)過渡過程、以及含HVDC、 FACTS以及其他諧波污染的電網(wǎng)過渡過程的分析，因此對PMU動態(tài)量測性能的測試變得越 發(fā)重要。
[0003] 關(guān)于PMU的動態(tài)性能測試可分為實驗室測試和現(xiàn)場測試。因為許多現(xiàn)場環(huán)境包括 信號難以在實驗室中復(fù)現(xiàn)，并且對于已安裝于現(xiàn)場的PMU，已經(jīng)難以做實驗室測試，因此有 必要發(fā)明通過在線PMU動態(tài)性能的監(jiān)測，來實現(xiàn)PMU動態(tài)性能評價的方法。受現(xiàn)場運行條 件的限制，不可能實現(xiàn)對不同裝置的同信號比較測試。
[0004] 已有的在線PMU動態(tài)性能測試方法主要通過直接比較不同PMU的相量數(shù)據(jù)或同一 PMU在不同頻率運行點的相量幅值的離散程度來實現(xiàn)PMU動態(tài)性能的測試。由于不存在標 準的相量測量結(jié)果，因此所得指標只有相對意義。為了實現(xiàn)對PMU動態(tài)性能的絕對評測，可 以采用將PMU相量測量結(jié)果恢復(fù)為暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)并直接與最原始的暫態(tài)錄波結(jié)果相比較 的方法，已有文獻（CN201410233902.X處于申請階段的專利）采用這種方法實現(xiàn)了 PMU動 態(tài)性能的測試，但是其只對兩者的總體差異給出了測試指標，并沒有指明是由于什么原因 導(dǎo)致了這種指標上的差異，PMU需要在哪些性能上加以改進。本發(fā)明提出的方法不僅將現(xiàn) 場PMU相量測量結(jié)果恢復(fù)為暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)直接與最原始的暫態(tài)錄波結(jié)果相比較獲得絕對 的精度測試結(jié)果，還具體給出了相量動態(tài)量測在哪些特性上產(chǎn)生了多大的偏差，從而為PMU 性能的改進指出了方向。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了檢測相量測量單元PMU對電網(wǎng)動態(tài)過程的量測精度以及誤差的來源，本發(fā)明 提出了一種基于相量量測瞬時值比較的多指標相量動態(tài)過程量測準確性測試方法。
[0006] 本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案。
[0007] -種基于瞬時值比較的PMU動態(tài)性能多指標測試方法，其特征在于，所述方法包 括以下步驟：
[0008] 步驟1 :在廣域測量系統(tǒng)主站實時監(jiān)測電網(wǎng)是否有頻率偏移大于0. IHz的擾動發(fā) 生，若有則記錄相應(yīng)擾動之前1?5秒和擾動之后1?5秒的相量數(shù)據(jù)，以及對應(yīng)的故障錄 波數(shù)據(jù)，即實際暫態(tài)錄波曲線，其中，所述故障錄波數(shù)據(jù)是由待測同步相量測量裝置PMU本 身記錄得到，或者來自于帶有高精度時標的故障錄波器，所述故障錄波器的時標精度不低 于待測PMU的時標精度；
[0009] 步驟2 :根據(jù)待測PMU在電網(wǎng)擾動期間的相量量測數(shù)據(jù)得到對應(yīng)相量的幅值A(chǔ)，相 角〇，求得對應(yīng)相量的瞬時值，稱根據(jù)相量計算出的對應(yīng)相量瞬時值構(gòu)成的錄波 曲線為相量暫態(tài)錄波曲線；
[0010] 步驟3 :計算步驟2所得到的相量暫態(tài)錄波曲線與實際暫態(tài)錄波曲線的相關(guān)性指 標，令相量暫態(tài)錄波曲線上數(shù)據(jù)點x(n)為相量采樣點n處折算的瞬時值，N為采樣點數(shù)， y(n)為相量采樣點n處對應(yīng)的實際暫態(tài)錄波曲線上的數(shù)據(jù)點，若對應(yīng)的時刻無瞬時值采樣 點，則采用插值的方法求出該瞬時值數(shù)據(jù)點；兩條曲線的相關(guān)性指標定義如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于瞬時值比較的PMU動態(tài)性能多指標測試方法，其特征在于： 將擾動期間的PMU相量數(shù)據(jù)還原為暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)，并獲取對應(yīng)的瞬時值錄波數(shù)據(jù)，通 過所提出的指標找出相量暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)與實際的瞬時錄波數(shù)據(jù)在相關(guān)性、相量算法快速響 應(yīng)、幅值縮放和總體相似性上的差異，從而對PMU的動態(tài)量測性能進行判斷。
2. -種基于瞬時值比較的PMU動態(tài)性能多指標測試方法，其特征在于，所述方法包括 以下步驟： 步驟1 :在廣域測量系統(tǒng)主站實時監(jiān)測電網(wǎng)是否有頻率偏移大于0. IHz的擾動發(fā)生，若 有則記錄相應(yīng)擾動之前1?5秒和擾動之后1?5秒的相量數(shù)據(jù)，以及對應(yīng)的故障錄波數(shù) 據(jù)，即實際暫態(tài)錄波曲線，其中，所述故障錄波數(shù)據(jù)是由待測同步相量測量裝置PMU本身記 錄得到，或者來自于帶有高精度時標的故障錄波器，所述故障錄波器的時標精度不低于待 測PMU的時標精度； 步驟2 :根據(jù)待測PMU在電網(wǎng)擾動期間的相量量測數(shù)據(jù)得到對應(yīng)相量的幅值A(chǔ)，相角 ①，求得對應(yīng)相量的瞬時值,稱根據(jù)相量計算出的對應(yīng)相量瞬時值構(gòu)成的錄波曲 線為相量暫態(tài)錄波曲線； 步驟3 :計算步驟2所得到的相量暫態(tài)錄波曲線與實際暫態(tài)錄波曲線的相關(guān)性指標，令 相量暫態(tài)錄波曲線上數(shù)據(jù)點x(n)為相量采樣點n處折算的瞬時值，N為采樣點數(shù)，y(n)為 相量采樣點n處對應(yīng)的實際暫態(tài)錄波曲線上的數(shù)據(jù)點，若對應(yīng)的時刻無瞬時值采樣點，則 采用插值的方法求出該瞬時值數(shù)據(jù)點；兩條曲線的相關(guān)性指標定義如下：
Pxy = 1時兩采樣曲線最相關(guān)，Pxy = 〇時兩曲線無關(guān)，相關(guān)性指標越接近1，貝IJ由 PMU相量量測數(shù)據(jù)估計出的暫態(tài)錄波值的變化趨勢越接近實際錄波裝置的測量值的變化趨 勢； 步驟4 :計算相量算法快速響應(yīng)指標L，令Xtl (n)為相量在各采樣點處折算出的瞬時數(shù) 據(jù)序列，N為采樣點數(shù)即采樣窗口內(nèi)采樣數(shù)據(jù)序列長度，ytl(n)為對應(yīng)窗口的實際暫態(tài)錄波 曲線在相量采樣點處的數(shù)據(jù)序列Wi(Ii)為將yjn)數(shù)據(jù)序列左移i個步長時在上述窗口內(nèi) 相量采樣點處折算的瞬時值數(shù)據(jù)序列，其中，每步長可為1個或m個錄波采樣點，當i為負 值時表示將y〇(n)數(shù)據(jù)序列右移；按下式計算移動后的Yi (n)與Xtl (n)的相似性指標：
其中，下標i表示將步驟3中相應(yīng)的數(shù)據(jù)序列移動的步長數(shù)，0則表示不移動原數(shù)據(jù)序 列； 將Yi (n)按步長分別左移4個工頻周期和右移4個工頻周期，計算出各次的Pxy (i);找 出P xy最接近1的極大值點所對應(yīng)的移動步長imax，得到Xtl(Ii)相對于 ytl(n)延遲時間為L =? m個采樣點，即快速響應(yīng)指標，其中，m為一個步長內(nèi)的采樣點數(shù)； 步驟5 :計算純幅值變化指標kxy，純幅值變化指標即信號縮放指標，
其中，x(/7)v為采樣數(shù)據(jù)序列長度為N的采樣窗口內(nèi)各采樣點對應(yīng)相量的瞬時值x(n) 的平均值，y(n-L)表示實際暫態(tài)錄波曲線在采樣點n的對應(yīng)相量瞬時值y(n)左移L個采 樣點得到的相量瞬時值，y{n-L),為將y(n)左移L個采樣點后在長度為N的窗口內(nèi)各錄 波采樣點瞬時值的平均值； 步驟6 :采用下式計算相似性指標，
其中，kxy為步驟5所得的純幅值變化指標，P xy為步驟3所得相量暫態(tài)錄波曲線與實 際暫態(tài)錄波曲線的相關(guān)性指標； 步驟7 :計算一段時間（例如2小時）待測PMU的相似性指標Sxy的平均值&，若某個 PMU量測的相似性指標的平均值& >1. 1時，則判斷PMU存在嚴重動態(tài)性能問題，需要檢修。
【文檔編號】G01R35/00GK104360297SQ201410643016
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】王茂海, 段剛, 趙玉江, 楊東, 牛四清, 祁鴻燕, 張哲 , 陳程, 劉之濱, 李廷軍, 寧劍, 秦紅霞, 王立鼎, 詹慶才 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國家電網(wǎng)公司華北分部, 北京四方繼保自動化股份有限公司