一种基于软件锁相技术的三相暂态量广域同步测量方法

本发明涉及电力系统监测与控制领域，特别涉及一种基于软件锁相技术的三相暂态量广域同步测量方法。

背景技术：

1、为实现电力资源的高效利用，交直流高压、特高压等输电技术的逐步发展与应用，大电网互联的格局逐渐形成，除此之外，为积极改善分布式能源带来的的波动性，提升配电系统的可靠性、电能质量和运行效率，灵活的各区域配电网柔性互联也成为必然趋势；计算机、通讯、自动控制等智能化技术在电网中被广泛且深入地应用，这使得传统电网逐渐向智能电网发展。电网互联和智能电网建设一方面提高了电网的互联互通互补互济的能力，提升了电能的利用效率，但另一方面电网结构的复杂化与规模的扩大化也成为电网安全稳定运行所面临的两个新挑战。

2、电力系统电网互联进程加快、智能电网不断发展，传统的暂态量测量方法计算速度、传输频次已不再满足实际要求，得到的测量结果仅仅局部有效，不能用于电力系统广域分析与控制工作中；深入研究测量精度高、计算速度快、传输频次高、易实现的三相暂态量同步测量方法，可实现在同一个时间断面下广域测点的暂态量信息的获取，可为电力系统广域分析与控制提供广域三相暂态电气量同步数据支持。

技术实现思路

1、为解决以上技术问题，本发明提供了一种基于软件锁相技术的三相暂态量广域同步测量方法。本发明在软件锁相同步基础上，基于瞬时无功功率理论计算三相暂态电气量，通过全球定位系统(以下简称gps)对时、授时模块提供的同步时间标准标记测量数据，并基于通用分组无线服务技术(以下简称gprs通讯技术)完成数据传输工作。

2、本发明包括如下步骤：

3、步骤s10，开始，gps同步授时模块进行对时工作，对时成功，获取时钟同步信号；

4、步骤s20，所述测量传输器的gps同步授时模块把gps发送的时钟同步信号发送给数字信号处理模块；

5、步骤s30，adc环节将采样得到的被测三相暂态量从模拟量转变为数字量；

6、步骤s40，数字信号处理模块开入采集模数转换模块输出的三相暂态量数字信号；

7、步骤s50，数字信号处理模块在软件锁相同步基础上，基于瞬时无功功率理论计算三相暂态电气量；

8、步骤s60，数字信号处理模块解析来自gps同步授时模块的时间信息，给数据打上对应的时间标签；

9、步骤s70，将数据及时间信息打包发送给gprs通讯模块，通讯模块负责将计算结果通过云服务器平台上传给接收处理器；

10、步骤s80，接受处理器接收到带时标的三相暂态量信息后，进行所需数据处理分析工作。

11、进一步地，所述的步骤s50包括：

12、步骤s501，完成单一同步坐标系下的软件锁相环的初始化，在初始化的过程中需要提供电网的标称频率、采样频率；

13、步骤s502，依据采样频率的设定值，对被测三相暂态量进行开入采集，将采集结果输入至锁相环；

14、步骤s503，求出上一次锁相过程得到的相角对应的正余弦值，基于瞬时无功功率理论进行被测信号的坐标变换，得到该三相暂态量对应的d轴和q轴分量，将q轴分量作为误差量输入下一环节；

15、步骤s504，对得到的被测三相暂态量的q轴分量进行滑动平均滤波，将滤波后的q轴分量输入到pi控制器，计算被测三相暂态量的相角；

16、步骤s505，对锁相环输出的相角结果进行限幅，若其值超出2π，则减去2π，并将限幅后的值作为反馈值，反馈至步骤s503；

17、步骤s506，求出所测电气暂态量的幅值、相角、频率及其他有效信息；

18、步骤s507，每个采样周期采集到一组三相被测电气量信号即执行一次s503至s506过程。

19、本发明提供的基于软件锁相技术的三相暂态量广域同步测量方法，暂态量计算及传输频次可以整定，具有1次/秒、10次/秒、50次/秒、100次/秒等可选频次，传输频次最高可达20000次/秒。

20、测量出的三相暂态量同时含有周期和非周期分量，接收处理器可以在接收到测量出的三相暂态量信息后，经过反park变换，还原出被测三相暂态量。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

22、本发明提出的方法在软件锁相同步基础上，基于瞬时无功功率理论计算三相暂态电气量，每次仅需一个采样周期的三相电压、电流采样值即可实现三相暂态电气量的幅值、相角及频率等信息的精确计算，暂态量计算及传输频次最高可达20000次/秒，且使用同一时标标记异地三相暂态量测量数据，可将不同测点获取的暂态量测量信息在一个时间断面下被分析，可为电力系统广域分析与控制提供广域三相暂态电气量同步数据支持；本发明无需复杂的控制策略，可实现性强，成本低，可在电力系统中大规模推广使用。

23、因此，本发明具有测量精度高、计算速度快、传输频次高、易实现、实用性强等多重优势，有助于提升系统的可测、可观、可控能力。

技术特征：

1.一种基于软件锁相技术的三相暂态量广域同步测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于软件锁相技术的三相暂态量广域同步测量方法，其特征在于，本发明的暂态量计算及传输频次可以整定，具有1次/秒、10次/秒、50次/秒、100次/秒等可选频次，传输频次最高可达20000次/秒；

3.根据权利要求1所述的一种基于软件锁相技术的三相暂态量广域同步测量方法，其特征在于，该发明在软件锁相同步基础上，基于瞬时无功功率理论计算三相暂态电气量，其原理如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于软件锁相技术的三相暂态量广域同步测量方法，其特征在于，该方法计算出的三相暂态量同时含有周期和非周期分量，以三相含有含有零序、负序以及谐波分量的被测电压为例

技术总结
本发明涉及电力系统监测与控制领域，公开了一种基于软件锁相技术的三相暂态量广域同步测量方法；本发明在软件锁相同步基础上，基于瞬时无功功率理论计算三相暂态电气量；该方法每次仅需一个采样周期的三相电压、电流采样值即可实现三相暂态电气量的幅值、相角及频率等信息的精确计算；通过全球定位系统对时、授时模块提供的同步时间标准标记测量数据，并基于通用分组无线服务技术上传数据，暂态量计算及传输频次最高可达20000次/秒，实现在同一个时间断面下广域测点的暂态量信息的获取；本发明可为电力系统广域分析与控制提供广域三相暂态电气量同步数据支持。

技术研发人员：颜湘武,屈越
受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16