CN109143137A - 一种发电机pmu装置测量精度提升方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电机PMU装置测量精度提升方法，通过引入注入电压消除使能和注入电压幅值上限、以及幅值增益和幅值偏置到计算程序中，将发电机机端电压中注入的零序电压分量进行消除后再进行PMU量测计算，既能有效消除由于注入式定子接地保护装置注入的低频电压分量在PMU装置量测数据中产生的伪振荡，且当系统中出现真正的振荡或者故障时，PMU装置量测数据仍能真实反应出系统的振荡或者故障状态；同时，由于采用的是基于时间断面瞬时采样值的消除算法，不会对PMU装置量测输出数据带来任何额外时延，提升了发电机PMU装置的测量精度，真实反应了发电机组的运行状态，为电网调度监控系统提供了可靠精准的数据源。

Description

一种发电机PMU装置测量精度提升方法

技术领域

本发明涉及一种测量精度提升方法，特别是涉及一种发电机PMU装置测量精度提升方法，属于电力系统自动化控制技术领域。

背景技术

发电机组的运行状态是电力系统中源网协同稳定运行的重要状态变量，在发电厂装设发电机PMU装置(同步相量测量单元Phasor Measurement Unit，PMU)，将发电机组的机端电压、机端电流、各种控制信号等接入PMU装置，由PMU装置同步采集并计算得到发电机的稳态、动态及暂态数据，这些数据通过通信网络传输至发电厂内监控系统以及远端电网调度监控系统，为实现电网的动态监测、扰动辨识等提供了重要的数据源。

当发电机定子绕组及与定子绕组回路直接相连的一次系统发生的单相接地短路时，会导致发电机定子绕组绝缘损伤、定子铁芯烧坏、定子绕组相间或匝间短路等严重故障。为了避免上述故障，通常在发电机组加装注入式定子接地保护装置，其原理就是在发电机中性点侧注入一个外部的低频(频率低于工频50Hz，通常为20Hz)交流电压源，其幅值最大约为发电机额定电压的1％，注入的三相电压信号的幅值、相位、频率一致，可认为是注入了零序电压分量。如果发电机中性点发生了接地故障，低频交流电压信号通过接地电阻将产生对应频率的故障电流，保护装置通过测量回路的驱动电压和故障电流，既可计算出回路的电阻，并按设定判据进行保护动作出口。

由于注入式定子接地保护装置向一次系统注入了低频电压信号，而PMU装置通常要求电压互感器二次侧按Y型接线方式接入装置，所以PMU装置采集到的电压信号中也包含了该低频信号分量，该低频信号分量将影响PMU量测数据的精度，使装置输出的量测电压、频率中包含了实际系统并不存在的伪振荡。对于PMU装置来说：一方面，由于注入的低频信号产生的伪振荡可能会使调度监控系统的动态监测、扰动辨识等模块产生错误的结果，应该加以消除；另一方面，当系统中出现真正的振荡或者故障时，PMU装置量测数据又必须能真实反应出系统的振荡或者故障状态。针对PMU装置的上述应用需求，若采用传统的模拟滤波器、数字滤波器技术均不能满足要求。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种发电机PMU装置测量精度提升方法，既可以消除PMU装置量测数据中由于注入式定子接地保护装置注入低频电压信号引起的伪振荡，又能在PMU装置量测数据中正确反映系统中出现的真实振荡或者故障状态，可大幅提升发电机PMU装置的测量精度，极具有产业上的利用价值。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种发电机PMU装置测量精度提升方法，包括以下步骤：

1)通过发电机PMU装置读取A/D采样值，并设置定值项和参数项；其中，定值项包括注入电压消除使能和注入电压幅值上限，参数项包括幅值增益和幅值偏置；

2)在读取到A/D采样值后，根据幅值增益和幅值偏置，计算得到发电机的三相机端电压瞬时采样值和三相机端电流瞬时采样值；

3)将发电机的三相机端电压瞬时采样值和三相机端电流瞬时采样值赋值给对应通道的瞬时实际值，从而得到发电机的三相机端电压瞬时实际值和三相机端电流瞬时实际值；

4)判断注入电压消除使能的定值，若注入电压消除使能的定值未设为使能，即定值为禁用，则执行步骤8)；否则执行下一步；

5)根据发电机的三相机端电压瞬时采样值，计算得到每相电压注入分量；

6)将每相电压注入分量与注入电压幅值上限进行比较，若每相电压注入分量大于等于注入电压幅值上限，则执行步骤8)；若每相电压注入分量小于注入电压幅值上限，则执行下一步；

7)将发电机的三相机端电压瞬时采样值与每相电压注入分量做差，计算得到发电机的三相机端电压瞬时实际值；

8)根据发电机的三相机端电压瞬时实际值和三相机端电流瞬时实际值，进行PMU量测计算，得到反应实际运行工况的PMU量测数据；

9)将PMU量测数据发送至下一级接收设备。

本发明进一步设置为：所述发电机PMU装置包括依次相连的信号调理模块、A/D采样模块、交流信号瞬时实际值计算模块、PMU量测计算模块和通信模块，以及对时管理模块、定值管理模块、参数管理模块、人机模块和信息总线；

所述A/D采样模块、交流信号瞬时实际值计算模块、PMU量测计算模块、通信模块、对时管理模块、定值管理模块、参数管理模块和人机模块均连接于信息总线上，并通过信息总线进行数据交互；

所述信号调理模块的输入端与发电机相连，用于输入发电机的三相交流信号；所述通信模块的输出端与下一级接收设备相连，用于输出PMU量测数据；所述对时管理模块的输入端输入外设的同步对时信号，所述人机模块与人机交互界面相连。

本发明进一步设置为：所述定值项通过人机交互界面，根据实际运行工况，在定值管理模块中进行设置。

本发明进一步设置为：所述参数项在设置前，采用校准仪器对发电机PMU装置施加额定交流信号后，通过人机交互界面进行参数校验及保存。

本发明进一步设置为：所述参数项通过人机交互界面在参数管理模块中进行设置。

本发明进一步设置为：所述步骤2)中的发电机的三相机端电压瞬时采样值和三相机端电流瞬时采样值，计算公式分别为，U_xi＝V_n×A_n+B_n，I_xi＝V_n×A_n+B_n；

其中，U_xi为三相机端电压瞬时采样值，I_xi为三相机端电流瞬时采样值，x为相别，i表示瞬时采样，n为采样通道序号，V_n为对应通道的A/D采样值，A_n为对应通道的幅值增益，B_n为对应通道的幅值偏置。

本发明进一步设置为：所述步骤3)中的发电机的三相机端电压瞬时实际值和三相机端电流瞬时实际值，计算公式分别为，U_xr＝U_xi＝V_n×A_n+B_n，I_xr＝I_xi＝V_n×A_n+B_n；

其中，U_xr为三相机端电压瞬时实际值，I_xr为三相机端电流瞬时实际值，r表示瞬时实际计算。

本发明进一步设置为：所述步骤5)中的每相电压注入分量，计算公式为，

U_i＝U₀cos(2πf₀t)＝(U_a+U_b+U_c)/3＝(U_ai+U_bi+U_ci)/3，

U_a＝U_ncos(2πf_nt)+U₀cos(2πf₀t)，

U_b＝U_ncos(2πf_nt-120)+U₀cos(2πf₀t)，

U_c＝U_ncos(2πf_nt+120)+U₀cos(2πf₀t)；

其中，U_i为每相电压注入分量，U₀为注入电压分量的瞬时最大值，f₀为注入电压分量的频率，t为采样时刻，U_a,U_b,U_c分别为三相机端电压在t时刻的理论瞬时值，U_ai,U_bi,U_ci分别为三相机端电压在t时刻的采样瞬时值，U_n为基波电压瞬时最大值，f_n为系统基波频率。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

通过引入注入电压消除使能和注入电压幅值上限、以及幅值增益和幅值偏置到计算程序中，将发电机机端电压中注入的零序电压分量进行消除后再进行PMU量测计算，既能有效消除由于注入式定子接地保护装置注入的低频电压分量在PMU装置量测数据中产生的伪振荡，且当系统中出现真正的振荡或者故障时，PMU装置量测数据仍能真实反应出系统的振荡或者故障状态；同时，由于采用的是基于时间断面瞬时采样值的消除算法，不会对PMU装置量测输出数据带来任何额外时延，提升了发电机PMU装置的测量精度，真实反应了发电机组的运行状态，为电网调度监控系统基于PMU数据实现电网的动态监测、扰动辨识等高级应用功能提供了可靠精准的数据源。

上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1为本发明一种发电机PMU装置测量精度提升方法的流程图；

图2为本发明一种发电机PMU装置测量精度提升方法中发电机PMU装置的系统框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

本发明提供一种发电机PMU装置测量精度提升方法，如图1所示，包括以下步骤：

1)通过发电机PMU装置读取A/D采样值，并设置定值项和参数项；其中，定值项包括注入电压消除使能和注入电压幅值上限，参数项包括幅值增益和幅值偏置。

所述发电机PMU装置包括依次相连的信号调理模块、A/D采样模块、交流信号瞬时实际值计算模块、PMU量测计算模块和通信模块，以及对时管理模块、定值管理模块、参数管理模块、人机模块和信息总线；如图2所示。

所述A/D采样模块、交流信号瞬时实际值计算模块、PMU量测计算模块、通信模块、对时管理模块、定值管理模块、参数管理模块和人机模块均连接于信息总线上，并通过信息总线进行数据交互。

所述信号调理模块的输入端与发电机相连，用于输入发电机的三相交流信号；所述通信模块的输出端与下一级接收设备相连，用于输出PMU量测数据；所述对时管理模块的输入端输入外设的同步对时信号，所述人机模块与人机交互界面相连。

如图2所示的发电机PMU装置利用外部输入的高精度同步对时信号进行高精度时钟同步，输入装置的交流信号经信号调理模块后由A/D采样模块进行高精度同步采样，由于采用了高精度同步采样术，所得的同一组A/D采样数据即为该时间断面所有输入通道的瞬时采样值。瞬时采样值经过信号采样值计算后得到交流输入通道的真实瞬时值，PMU量测计算模块利用交流通道瞬时实际值完成同步相量的计算处理后，通过通信模块将量测结果发送至下一级接收设备。

所述参数项在设置前，采用校准仪器对发电机PMU装置施加额定交流信号后，通过人机交互界面进行参数校验及保存。所述定值项通过人机交互界面，根据实际运行工况，在定值管理模块中进行设置；所述参数项通过人机交互界面在参数管理模块中进行设置。

2)在读取到A/D采样值后，根据幅值增益和幅值偏置，计算得到发电机的三相机端电压瞬时采样值和三相机端电流瞬时采样值。

发电机的三相机端电压瞬时采样值和三相机端电流瞬时采样值，计算公式分别为，U_xi＝V_n×A_n+B_n，I_xi＝V_n×A_n+B_n；

其中，U_xi为三相机端电压瞬时采样值，I_xi为三相机端电流瞬时采样值，x为相别，i表示瞬时采样，n为采样通道序号，V_n为对应通道的A/D采样值，A_n为对应通道的幅值增益，B_n为对应通道的幅值偏置。

3)将发电机的三相机端电压瞬时采样值和三相机端电流瞬时采样值赋值给对应通道的瞬时实际值，从而得到发电机的三相机端电压瞬时实际值和三相机端电流瞬时实际值。

发电机的三相机端电压瞬时实际值和三相机端电流瞬时实际值，计算公式分别为，U_xr＝U_xi＝V_n×A_n+B_n，I_xr＝I_xi＝V_n×A_n+B_n；

其中，U_xr为三相机端电压瞬时实际值，I_xr为三相机端电流瞬时实际值，r表示瞬时实际计算。

4)判断注入电压消除使能的定值，若注入电压消除使能的定值未设为使能，即定值为禁用，则执行步骤8)；否则执行下一步。

5)根据发电机的三相机端电压瞬时采样值，计算得到每相电压注入分量。

每相电压注入分量，计算公式为，

U_i＝U₀cos(2πf₀t)＝(U_a+U_b+U_c)/3＝(U_ai+U_bi+U_ci)/3，

U_a＝U_ncos(2πf_nt)+U₀cos(2πf₀t)，

U_b＝U_ncos(2πf_nt-120)+U₀cos(2πf₀t)，

U_c＝U_ncos(2πf_nt+120)+U₀cos(2πf₀t)；

其中，U_i为每相电压注入分量，U₀为注入电压分量的瞬时最大值，f₀为注入电压分量的频率，t为采样时刻，U_a,U_b,U_c分别为三相机端电压在t时刻的理论瞬时值，U_ai,U_bi,U_ci分别为三相机端电压在t时刻的瞬时采样值，U_n为基波电压瞬时最大值，f_n为系统基波频率。

6)将每相电压注入分量与注入电压幅值上限进行比较，若每相电压注入分量大于等于注入电压幅值上限，即U_i≥U_imax则执行步骤8)；若每相电压注入分量小于注入电压幅值上限，即U_i＜U_imax则执行下一步。

7)将发电机的三相机端电压瞬时采样值与每相电压注入分量做差，计算得到发电机的三相机端电压瞬时实际值U_xr＝U_xi-U_i，即得到不包含注入电压分量的三相机端电压瞬时实际值U_xr。

8)根据发电机的三相机端电压瞬时实际值和三相机端电流瞬时实际值，进行PMU量测计算，得到反应实际运行工况的PMU量测数据。

9)将PMU量测数据发送至下一级接收设备。

本发明的创新点在于，将发电机机端电压中注入的零序电压分量进行消除后再进行PMU量测计算，既可以消除PMU装置量测数据中由于注入式定子接地保护装置注入低频电压信号引起的伪振荡，又能在PMU装置量测数据中正确反映系统中出现的真实振荡或者故障状态，可大幅提升发电机PMU装置的测量精度，

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种发电机PMU装置测量精度提升方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过发电机PMU装置读取A/D采样值，并设置定值项和参数项；其中，定值项包括注入电压消除使能和注入电压幅值上限，参数项包括幅值增益和幅值偏置；

2)在读取到A/D采样值后，根据幅值增益和幅值偏置，计算得到发电机的三相机端电压瞬时采样值和三相机端电流瞬时采样值；

3)将发电机的三相机端电压瞬时采样值和三相机端电流瞬时采样值赋值给对应通道的瞬时实际值，从而得到发电机的三相机端电压瞬时实际值和三相机端电流瞬时实际值；

4)判断注入电压消除使能的定值，若注入电压消除使能的定值未设为使能，即定值为禁用，则执行步骤8)；否则执行下一步；

5)根据发电机的三相机端电压瞬时采样值，计算得到每相电压注入分量；

6)将每相电压注入分量与注入电压幅值上限进行比较，若每相电压注入分量大于等于注入电压幅值上限，则执行步骤8)；若每相电压注入分量小于注入电压幅值上限，则执行下一步；

7)将发电机的三相机端电压瞬时采样值与每相电压注入分量做差，计算得到发电机的三相机端电压瞬时实际值；

8)根据发电机的三相机端电压瞬时实际值和三相机端电流瞬时实际值，进行PMU量测计算，得到反应实际运行工况的PMU量测数据；

9)将PMU量测数据发送至下一级接收设备。

2.根据权利要求1所述的一种发电机PMU装置测量精度提升方法，其特征在于：所述发电机PMU装置包括依次相连的信号调理模块、A/D采样模块、交流信号瞬时实际值计算模块、PMU量测计算模块和通信模块，以及对时管理模块、定值管理模块、参数管理模块、人机模块和信息总线；

所述A/D采样模块、交流信号瞬时实际值计算模块、PMU量测计算模块、通信模块、对时管理模块、定值管理模块、参数管理模块和人机模块均连接于信息总线上，并通过信息总线进行数据交互；

所述信号调理模块的输入端与发电机相连，用于输入发电机的三相交流信号；所述通信模块的输出端与下一级接收设备相连，用于输出PMU量测数据；所述对时管理模块的输入端输入外设的同步对时信号，所述人机模块与人机交互界面相连。

3.根据权利要求2所述的一种发电机PMU装置测量精度提升方法，其特征在于：所述定值项通过人机交互界面，根据实际运行工况，在定值管理模块中进行设置。

4.根据权利要求2所述的一种发电机PMU装置测量精度提升方法，其特征在于：所述参数项在设置前，采用校准仪器对发电机PMU装置施加额定交流信号后，通过人机交互界面进行参数校验及保存。

5.根据权利要求4所述的一种发电机PMU装置测量精度提升方法，其特征在于：所述参数项通过人机交互界面在参数管理模块中进行设置。

6.根据权利要求1所述的一种发电机PMU装置测量精度提升方法，其特征在于：所述步骤2)中的发电机的三相机端电压瞬时采样值和三相机端电流瞬时采样值，计算公式分别为，U_xi＝V_n×A_n+B_n，I_xi＝V_n×A_n+B_n；

其中，U_xi为三相机端电压瞬时采样值，I_xi为三相机端电流瞬时采样值，x为相别，i表示瞬时采样，n为采样通道序号，V_n为对应通道的A/D采样值，A_n为对应通道的幅值增益，B_n为对应通道的幅值偏置。

7.根据权利要求6所述的一种发电机PMU装置测量精度提升方法，其特征在于：所述步骤3)中的发电机的三相机端电压瞬时实际值和三相机端电流瞬时实际值，计算公式分别为，U_xr＝U_xi＝V_n×A_n+B_n，I_xr＝I_xi＝V_n×A_n+B_n；

其中，U_xr为三相机端电压瞬时实际值，I_xr为三相机端电流瞬时实际值，r表示瞬时实际计算。

8.根据权利要求1所述的一种发电机PMU装置测量精度提升方法，其特征在于：所述步骤5)中的每相电压注入分量，计算公式为，

U_i＝U₀cos(2πf₀t)＝(U_a+U_b+U_c)/3＝(U_ai+U_bi+U_ci)/3，

U_a＝U_ncos(2πf_nt)+U₀cos(2πf₀t)，

U_b＝U_ncos(2πf_nt-120)+U₀cos(2πf₀t)，

U_c＝U_ncos(2πf_nt+120)+U₀cos(2πf₀t)；

其中，U_i为每相电压注入分量，U₀为注入电压分量的瞬时最大值，f₀为注入电压分量的频率，t为采样时刻，U_a,U_b,U_c分别为三相机端电压在t时刻的理论瞬时值，U_ai,U_bi,U_ci分别为三相机端电压在t时刻的瞬时采样值，U_n为基波电压瞬时最大值，f_n为系统基波频率。