中高频振荡检测方法与宽频同步相量测量装置研发

【摘要】：随着电力电子技术的发展和应用,电力系统正呈现明显的电力电子化发展趋势,其谐波污染和中高频振荡问题日益显现,严重威胁系统安全稳定运行。准确检测中高频振荡的参数对于有效抑制中高频振荡至关重要,在线宽频量测有助于监测电网宽频信号的动态情况,能够为中高频振荡的分析提供有效的数据支撑。此外,电力电子化电力系统中包含了大量含有高次谐波和间谐波的宽频信号,如何从含有大量信息的宽频信号中辨识出中高频振荡是一个难点。为此,本文围绕中高频振荡检测开展了以下研究工作:(1)为了保证宽频信号检测精度的同时尽可能地提升检测速度,提出了一种适用于在线宽频量测的宽频信号快速检测方法。首先,根据检测需求划分频段并通过二次采样调整采样频率。然后,针对不同频段的特性选用窗函数。最后,对各频段分别利用加窗插值快速傅里叶变换得到信号各频率分量的参数。通过含谐波、间谐波的宽频信号模型仿真和基于所研发的宽频同步相量测量(Phasor Measurement Unit,PMU)装置动模试验两种方式分别验证了所提方法,并与传统方法进行对比分析,结果表明所提方法在保持对稳态信号高检测精度的同时也提升了算法检测速度。(2)为了从含有丰富信息的宽频信号中准确辨识出中高频振荡信号,并获取准确的振荡参数,提出了一种基于暂态特征辨识的中高频振荡检测方法。首先,使用广义S变换得到信号的模时频矩阵,根据信号的幅值暂态特征,将信号判定为稳态、含时变谐波和中高频振荡等信号。然后,设计了对应各频段的带通有限冲激响应滤波器,对含有中高频振荡分量的信号利用相应频段的带通滤波器获取含振荡频段并消除其余频率分量的干扰,再使用改进希尔伯特-黄变换获取振荡分量的瞬时参数。最后,分别采用数学模拟信号模型、simulink电磁暂态仿真模型和基于所研发的宽频PMU装置组建的动模试验模型三种实验方案对所提方法进行试验验证,并与传统方法进行对比分析,结果表明所提方法能自适应地根据信号特征准确辨识中高频振荡信号,并获得高精度的振荡参数。(3)为了解决广域测量系统中传统PMU装置难以适用电力系统宽频量测的问题,研发了一种具有高采样频率、高精度高稳定同步采样性能、高通信带宽和强大数据分析处理能力的宽频PMU装置。从硬件设计和软件设计两个方面详细介绍了所研发装置的模块架构及工作流程。基于RTDS实时仿真系统对所研发的宽频PMU装置进行了测试,并与电能质量分析仪的检测效果进行了对比分析,试验结果表明所研发的宽频PMU装置能够很好满足在线宽频量测的要求,能为中高频振荡的实时监测提供有效的数据支撑。