CN111880004A - 基于tls-esprit算法的配电网同步相量测量方法 - Google Patents

基于tls-esprit算法的配电网同步相量测量方法 Download PDF

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CN111880004A CN202010475529.4A CN202010475529A CN111880004A CN 111880004 A CN111880004 A CN 111880004A CN 202010475529 A CN202010475529 A CN 202010475529A CN 111880004 A CN111880004 A CN 111880004A
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管俊
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Shuangliang Eco Energy Systems Co Ltd
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State Grid Corp of China SGCC
Shuangliang Eco Energy Systems Co Ltd
Jiangyin Power Supply Co of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明一种基于TLS‑ESPRIT算法的配电网同步相量测量方法，所述方法步骤为：步骤1、频率同步采样下的TLS‑ESPRIT计算；步骤2、统一时序与数据窗首采样点时间偏差测量；步骤3、时间偏差对应相角偏差计算；步骤4、TLS‑ESPRIT计算相角修正；步骤5、相角补偿模块；本发明一种基于TLS‑ESPRIT算法的配电网同步相量测量方法，其能够有效的解决测量节点频率漂移的问题。

Description

基于TLS-ESPRIT算法的配电网同步相量测量方法
技术领域
本发明涉及一种配电网同步相量测量方法，尤其是涉及一种基于 TLS-ESPRIT算法的配电网同步相量测量方法。
背景技术
配电网与输电网在网络结构、结构稳定性、三相平衡及负荷状况等方面有很大的不同。如在网络结构特点上，配电网相比于输电网虽然有着节点众多的问题，但是配电网各节点呈区域性集中的特性，不同于输电网中节点之间的长距离分布；同时配电网网络拓扑又有着多变性的特点。这就导致无论是全网GPS硬件同步还是以太网同步相量测量技术均不适宜于配电网中的应用。配电网同步相量测量装置应具有以下特点和优势：低成本、高组网及安装灵活性、高供电便利性及可靠性。
同步相量测量装置(Phasor Measurement Unit，PMU)的应用，使大规模互联网的实时监测成为可能，为大规模互联电网的监测和分析带来了极大的便利。PMU的动态性能十分重要，但在实际中电网电压的幅值、频率和相角难以保持恒定，因此PMU始终需要测量动态信息。当电网发生低频振荡、频率偏移等故障时，如果对电流、电压估计不准确，有可能造成对电网潮流的错误估计，从而导致对电网状态的错误判断和对电网故障的错误分析，引起错误调度，影响电网的安全稳定运行。随着分布式电源大规模接入电网，电网中的干扰因素会不断增多，动态测量对电力系统的意义会愈发显著。
相量测量方法是PMU动态监测的核心；现阶段，实际中主要采用的相量测量算法是离散傅里叶变换相量估计法，DFT可以准确测量静态相量的幅值和频率，但DFT测量动态相量时效果会明显变差。因此，动态相量测量方法还很不成熟，如何能够准确、实时的测量动态相量仍需要深入研究。只有这样才能提高PMU实际测量的准确性，满足大型互联电网测量分析的实际需要。
同步相量测量时的相量计算中最常用的是离散傅里叶变换法，其对应的采样方式分为等时间间隔采样方式和等相位间隔采样方式两种，其中前者存在着采样数据窗不完整或者过多的频谱泄露问题，而后者又会出现计算相量与同步时标不统一的问题。
当电网发生重大稳定故障或者严重不正常工况下运行时，电网频率会发生严重的漂移，尤其是配电网处在电力系统的末端，直接面向用户，随着近年来越来越多的DG的不断接入，测量节点处的频率漂移更加明显。因此，亟需一种能够克服上述问题的新的测量方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于TLS-ESPRIT算法的配电网同步相量测量方法，其能够有效的解决测量节点频率漂移的问题。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于TLS-ESPRIT算法的配电网同步相量测量方法，所述方法步骤为：
步骤1、频率同步采样下的TLS-ESPRIT计算；同步相量测量装置的数据处理部分首先根据统一时序的到来作为TLS-ESPRIT数据窗开始标记，以此开始记录采样点个数，当数据窗内采满点数N/2时，以此 N/2点采样值做TLS-ESPRIT计算，设相量计算幅值和相角结果分别为 Aesp和
Figure RE-GDA0002695080930000031
由于相量幅值与时间偏差关系不大，只对计算相角
Figure RE-GDA0002695080930000032
做修正；其中，N为自定义的正整数；
步骤2、统一时序与数据窗首采样点时间偏差测量；统一时序一方面作为TLS-ESPRIT数据窗开始标志，另一个用途是作为误差修正的采样时间值的读取，即统一时序到来时，数据处理部分读取由本地时钟对采样脉冲标记的紧跟统一时序到来采样点时间值t2及统一时序时间值 mT，由公式Δt＝t2-mT计算时间偏差Δt；
步骤3、时间偏差对应相角偏差计算；计算公式如下：
Figure RE-GDA0002695080930000033
其中，fs为同步采样频率，由自适应频率跟踪单元生成；N为周期采样点数。
步骤4、TLS-ESPRIT计算相角修正，设被测信号基波每周期采样点数为N，设统一时序实际相角
Figure RE-GDA0002695080930000034
则统一时序修正相角如下：
Figure RE-GDA0002695080930000035
用修正结果
Figure RE-GDA0002695080930000036
替换TLS-ESPRIT直接的计算结果
Figure RE-GDA0002695080930000037
步骤5、相角补偿模块；
频率同步采样统一时序相量计算值修正法的基本思想是通过一定软、硬件方法，精确测量统一时序时刻与相量的计算相角对应时刻即 TLS-ESPRIT计算数据窗采样点采样时刻的时间差，消除不同步引起的相角误差，从而得到统一时序对应时刻的真实相角值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将整个配电网同步相量测量系统拆分为一个二级分层网络，即整个测量系统按测量节点地域分布被分成多个子网；其中各子网一起构成测量系统的一级主网络；而子网内各测量节点构成测量系统的二级次网络，而子网根据规模大小，可以根据无线通讯方式采用多跳的方式进一步分层，从而消除测量节点处的频率漂移对测量的影响。
附图说明
图1为本发明一种基于TLS-ESPRIT算法的配电网同步相量测量方法的示意图。
图2为常规的基于TLS-ESPRIT算法的同步相量测量方法流程图。
图3为统一时序与TLS-ESPRIT数据窗采样时刻不同步相角计算误差分析。
具体实施方式
参见图1～3，本发明涉及的一种基于TLS-ESPRIT算法的配电网同步相量测量方法，所述方法步骤为：
步骤1、频率同步采样下的TLS-ESPRIT计算；同步相量测量装置的数据处理部分首先根据统一时序的到来作为TLS-ESPRIT数据窗开始标记，以此开始记录采样点个数，当数据窗内采满点数N/2时，以此 N/2点采样值做TLS-ESPRIT计算，设相量计算幅值和相角结果分别为 Aesp和
Figure RE-GDA0002695080930000051
由于相量幅值与时间偏差关系不大，只对计算相角
Figure RE-GDA0002695080930000052
做修正；其中，N为自定义的正整数；
步骤2、统一时序与数据窗首采样点时间偏差测量；统一时序一方面作为TLS-ESPRIT数据窗开始标志，另一个用途是作为误差修正的采样时间值的读取，即统一时序到来时，数据处理部分读取由本地时钟对采样脉冲标记的紧跟统一时序到来采样点时间值t2及统一时序时间值 mT，由公式Δt＝t2-mT计算时间偏差Δt；
步骤3、时间偏差对应相角偏差计算；计算公式如下：
Figure RE-GDA0002695080930000053
其中，fs为同步采样频率，由自适应频率跟踪单元生成；N为周期采样点数。
步骤4、TLS-ESPRIT计算相角修正，设被测信号基波每周期采样点数为N，设统一时序实际相角
Figure RE-GDA0002695080930000054
则统一时序修正相角如下：
Figure RE-GDA0002695080930000055
用修正结果
Figure RE-GDA0002695080930000056
替换TLS-ESPRIT直接的计算结果
Figure RE-GDA0002695080930000057
步骤5、相角补偿模块；
频率同步采样统一时序相量计算值修正法的基本思想是通过一定软、硬件方法，精确测量统一时序时刻与相量的计算相角对应时刻即 TLS-ESPRIT计算数据窗采样点采样时刻的时间差，消除不同步引起的相角误差，从而得到统一时序对应时刻的真实相角值。
详细的讲：
常规的TLS-ESPRIT算法的同步相量测量方法为：
根据观测数据序列x(0),x(1),…,x(N-1)构成Hankel数据矩阵
Figure RE-GDA0002695080930000061
式中：L＞p，M＞p，L+M-1＝N，
对矩阵
Figure RE-GDA0002695080930000062
进行奇异值分解：
Figure RE-GDA0002695080930000063
式中：
Figure RE-GDA0002695080930000064
表示奇异值分解；上标T表示共轭转置；
Figure RE-GDA0002695080930000065
∑∈RL×M是一对角阵，对角元素为矩阵
Figure RE-GDA0002695080930000066
的奇异值ε1,ε2,…,εp,εp+1,…,εmax(L,M)的降序排列；
Figure RE-GDA0002695080930000067
与
Figure RE-GDA0002695080930000068
分别对应信号子空间和噪声子空间。
当信号被仅由p个复正弦信号分量叠加而成时，Hankel数据矩阵的秩为p，此时ε1＞ε2＞…＞εp＝εp+1＝εp+2…＝εmax(L,M)＝0
但是，当信号被噪声污染时，按照式(1)构造的矩阵是满秩的，所有的奇异值都不等于0。为了从噪声污染的采样数据中估计出信号参数，可以把
Figure RE-GDA0002695080930000071
分成两部分，即
Figure RE-GDA0002695080930000072
Figure RE-GDA0002695080930000073
的列向量是对应于矩阵
Figure RE-GDA0002695080930000074
的幅值最大的p个奇异值的特征向量，即有效阶数。ZM的列向量张成相同的信号子空间，故存在可逆矩阵
Figure RE-GDA0002695080930000075
使得
Figure RE-GDA0002695080930000076
令
Figure RE-GDA0002695080930000077
类似Z2＝Z1φ，存在可逆矩阵ψ，使得：
Figure RE-GDA0002695080930000078
考虑到测量噪声及干扰误差等因素，
Figure RE-GDA0002695080930000079
分别存在误差
Figure RE-GDA00026950809300000710
上式可改写为：…
Figure RE-GDA00026950809300000711
此时：寻求ψ的最优解使得式
Figure RE-GDA00026950809300000712
成立，
同时误差矩阵
Figure RE-GDA00026950809300000713
和
Figure RE-GDA00026950809300000714
的总体误差
Figure RE-GDA00026950809300000715
最小。可通过如下步骤实现：
1)构造矩阵[V1,V2]，并进行svd分解
Figure RE-GDA00026950809300000716
中
Figure RE-GDA00026950809300000717
2)把
Figure RE-GDA00026950809300000718
分为4个p×p的矩阵，即
Figure RE-GDA0002695080930000081
则
Figure RE-GDA0002695080930000082
3)求取ψtls的特征值λi(i＝1，2，...，p)
4)估计信号中各分量的频率、衰减系数
Figure RE-GDA0002695080930000083
求得信号中各分量的频率和衰减系数后，进而可以通过最小二乘法求得幅值和初始相角信息。考察N点采样信号，有
Figure RE-GDA0002695080930000084
Figure RE-GDA0002695080930000085
Figure RE-GDA0002695080930000086
使用最小二乘法可得方程的解
Figure RE-GDA0002695080930000087
信号中各个分量的幅值相位为ai＝2|gi|，
Figure RE-GDA0002695080930000088
另外：需要注意的是，上述具体实施方式仅为本专利的一个优化方案，本领域的技术人员根据上述构思所做的任何改动或改进，均在本专利的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于TLS-ESPRIT算法的配电网同步相量测量方法，其特征在于：所述方法步骤为：
步骤1、频率同步采样下的TLS-ESPRIT计算；同步相量测量装置的数据处理部分首先根据统一时序的到来作为TLS-ESPRIT数据窗开始标记，以此开始记录采样点个数，当数据窗内采满点数N/2时，以此N/2点采样值做TLS-ESPRIT计算，设相量计算幅值和相角结果分别为Aesp和
Figure RE-FDA0002695080920000011
由于相量幅值与时间偏差关系不大，只对计算相角
Figure RE-FDA0002695080920000012
做修正；其中，N为自定义的正整数；
步骤2、统一时序与数据窗首采样点时间偏差测量；统一时序一方面作为TLS-ESPRIT数据窗开始标志，另一个用途是作为误差修正的采样时间值的读取，即统一时序到来时，数据处理部分读取由本地时钟对采样脉冲标记的紧跟统一时序到来采样点时间值t2及统一时序时间值mT，由公式Δt＝t2-mT计算时间偏差Δt；
步骤3、时间偏差对应相角偏差计算；计算公式如下：
Figure RE-FDA0002695080920000013
其中，fs为同步采样频率，由自适应频率跟踪单元生成；N为周期采样点数；
步骤4、TLS-ESPRIT计算相角修正，设被测信号基波每周期采样点数为N，设统一时序实际相角
Figure RE-FDA0002695080920000021
则统一时序修正相角如下：
Figure RE-FDA0002695080920000022
用修正结果
Figure RE-FDA0002695080920000023
替换TLS-ESPRIT直接的计算结果
Figure RE-FDA0002695080920000024
步骤5、相角补偿模块；
频率同步采样统一时序相量计算值修正法的基本思想是通过一定软、硬件方法，精确测量统一时序时刻与相量的计算相角对应时刻即TLS-ESPRIT计算数据窗采样点采样时刻的时间差，消除不同步引起的相角误差，从而得到统一时序对应时刻的真实相角值。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104242325A (zh) * 2014-09-18 2014-12-24 国家电网公司 一种电力系统低频振荡模式参数辨识方法
CN104793053A (zh) * 2015-04-22 2015-07-22 福州大学 一种基于dft的同步相量相角测量方法
CN111064536A (zh) * 2019-12-06 2020-04-24 国网吉林省电力有限公司松原供电公司 基于时钟同步的配电网监测装置及方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104242325A (zh) * 2014-09-18 2014-12-24 国家电网公司 一种电力系统低频振荡模式参数辨识方法
CN104793053A (zh) * 2015-04-22 2015-07-22 福州大学 一种基于dft的同步相量相角测量方法
CN111064536A (zh) * 2019-12-06 2020-04-24 国网吉林省电力有限公司松原供电公司 基于时钟同步的配电网监测装置及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘天琪等: "《电力系统安全稳定分析与控制》", 31 March 2020 *

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