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电网同步采集相位精度影响因素的权重分布与补偿研究

邢浩江  
【摘要】:先进的相量测量(PMU)与广域测量技术(WAMS)是未来智能电网的发展方向之一,开发新技术,提高测量与计算精度被认为是该领域今后的主要研究方向。采集装置作为WAMS系统重要组成部分,要求其测量数据严格同步,各节点采集数据具有可比性精度(即整体相位误差小于1%)是其关键技术指标,也是智能电网的推广与安全可靠运行不可或缺的重要环节。国内外大量研究揭示,不同系统产生相量测量结果仅在稳态条件下具有可比性,且强调相位延时及其它误差需由测量系统本身补偿,但没有给出一种统一可行的测量方法,亦未明确的指出相位差在具有“可比性”的前提下,对电力系统具体应用的精度影响。由于缺乏可信的相位测量校准仪器和统一配置条件,相位测量装置的精度标定存在很大的模糊性。 本文旨在研究稳定可靠的实时数据采集平台,结合已有相位测量标准以及电力系统中典型应用对相位测量精度需求,综合考虑相位精确测量、计算与补偿方法,在广域测量的源头“遏制”误差累计与蔓延。文中对系统中的数据流跟随访问机制、相位误差测量方法、补偿机制以及故障时刻相位精度等问题进行深入分析,该研究对电力系统的实时数据分析与离线数据应用具有重要价值。 针对目前国内采集装置存在采集数据不连续、功能单一、分析困难等问题,研究基于多处理器同步控制的数据监测系统,测试稳态与暂态录波功能在各处理器模块中执行时间以及各模块接口访问速度。采用一种统筹方法优先处理故障数据,同步控制各处理模块内部及模块接口任务逻辑切换,并留有一定时间裕量,达到对电网进行长期有效监测的目的。 研究数据流采集、存储、传输与控制逻辑,分析影响数据处理速度的瓶颈因素及优化设计方法,兼顾实时性与可靠性,设计实时多任务并行处理机制,对电力采集系统的性能进行全面评估与优化。研究采样电气传输特性对单路相位误差的贡献和规律,通过对多种测量方法对比分析,采用增益相位测量方法测量采集系统单路信号传输中各因素相移,计及测量系统误差对多因素进行综合估算,给出各因素对相位精度影响概率分布。 进一步分析多路相位误差计算与补偿方法,考虑同步误差对相量算法精度影响,采用带补偿基波相位分离法,并研究补偿方法中的重要环节——测频。考虑实时性,采用简化的递归软件测频方法,兼顾采样频率对相量算法精度影响,并给出统筹兼顾的采样频率配置方法。分析不同频偏范围内,影响相位精度的几大因素权重分布,并采用分布式补偿方法对相位误差进行补偿,从根本上提高各节点采集数据的可比性精度,减小电力系统数据分析算法计算量。 分析故障时刻影响相位精度的因素,基于采集系统间相位状态估计的高速采集算法,改进故障时刻相位精度。对电网各子站节点数据进行长期有效监测,建立采集系统间相角差预测模型,设置相应计算参数,对子站间相位差进行预测,并分析双端电压与电流相位差非一致性对故障测距,以及故障初始相位对继电保护控制精度影响。 本文研制的电力采集系统的电气性能与各项功能均已达到设计指标要求,部分研究成果已通过相关单位认证,在华北与华南等地变电站运行良好,目前处于批量生产阶段。


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