基于PMU的相量测量算法及其管理监测系统的研究

发布时间：2017-04-14 17:02

  本文关键词：基于PMU的相量测量算法及其管理监测系统的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国经济的不断发展和区域电网互联的加强,电网的运行环境变得越来越复杂,其安全稳定运行成为了人们关注的焦点。电力系统广域测量系统(Wide Area Measurement System,WAMS)是以同步相量测量技术为基础的,它的诞生以及迅速发展为人们有效的监测、控制和分析电网的运行状态提供了新的途径和方向。同步相量测量技术的核心是同步相量测量算法,算法的精度和实时性对WAMS的状态估计、故障分析和自适应失步保护等各种高级应用的成功实施具有非常直接的影响。本文在第一章中简要叙述了同步相量测量技术当前在国内外的研究状况,对几种应用比较普遍的相量测量算法进行了理论阐述和分析。在后续章节中针对电力系统不同的应用提出了新的相量测量算法和功率算法,并基于客户端/服务器(Client/Server,C/S)模式开发了相量测量管理监测系统软件,本文的主要研究内容分为以下几点:(1)简明扼要的阐述了同步相量测量技术的发展历史,以及它在国内外目前的研究现状。在众多的相量测量算法中,选取了目前比较常用的几种相量测量算法进行了介绍性的研究分析,并对其优点和缺点进行了对比分析和总结。(2)由于易受噪声和信号基波频率偏移的影响,产生的非同步采样严重影响了传统的离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transformation,DFT)频率计算的性能;对此本文提出了对电压原始采样信号进行带通滤波,并对滤波后的信号进行电压过零检测和最小二乘非线性曲线拟合,之后对拟合成的正弦曲线进行重采样的DFT频率算法。文中进行了算法理论和公式的详细叙述和推导。(3)针对复数扩展卡尔曼滤波算法的性能在滤波迭代过程中易受到模型误差协方差矩阵kQ和量测误差协方差矩阵kR的影响,本文提出了改进的量子粒子群优化算法,并利用其在复数扩展卡尔曼滤波计算信号幅值、频率和相角中对kQ和kR进行优化。详细的分析了离散傅里叶变换算法在信号基波频率发生偏移时的误差因素,搭建了幅值、相角与频率偏移量之间的误差数学模型;本文提出了改进的扩展卡尔曼滤波频率算法,并在此基础上提出对DFT得到的信号幅值、相角误差进行修正的相量和功率算法。通过仿真验证了算法的有效性。(4)开发了基于DotNET架构和Visual Studio 2010运行环境下以及C/S模式的相量测量管理监测系统。系统软件以SQL Server 2008为数据库,采用C#Winform编写系统程序,利用串口通信技术、Socket网络通信技术、ADO技术和线程技术实现数据通信和数据库的访问操作。通过C#语言对相关算法进行编程来实现系统对数据的分析,并利用Zedgraph控件对相关数据曲线进行直观的显示。
【关键词】：相量测量算法 复数扩展卡尔曼滤波 量子粒子群优化算法 相量测量管理监测系统 C/S模式 Socket通信
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM933.31
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 同步相量测量技术国内外研究概况12-13
• 1.3 相量测量的主要算法13-17
• 1.3.1 过零检测法13-14
• 1.3.2 瞬时值计算法14-15
• 1.3.3 离散傅里叶算法15-17
• 1.4 同步相量测量技术在电力系统中的应用前景17-18
• 1.5 本文主要内容18-21
• 第二章 基于过零检测和曲线拟合的DFT电力系统频率算法21-33
• 2.1 算法基本原理21-23
• 2.1.1 滤波器的设计21-22
• 2.1.2 电压过零点检测原理22-23
• 2.1.3 最小二乘非线性曲线拟合原理23
• 2.2 频率计算原理23-26
• 2.2.1 基波分量频率计算原理23-25
• 2.2.2 算法的实现过程25-26
• 2.3 算法仿真结果及分析26-32
• 2.3.1 静态信号测量结果分析26-28
• 2.3.2 动态信号测量结果分析28-30
• 2.3.3 实际电压信号测量结果分析30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 改进量子粒子群优化和扩展卡尔曼滤波的相量测量算法33-49
• 3.1 算法简介33-36
• 3.1.1 复数扩展卡尔曼滤波相量测量原理33-35
• 3.1.2 量子粒子群优化算法简介35-36
• 3.2 改进量子粒子群优化算法原理36-38
• 3.2.1 粒子群平均最优权重的改进36
• 3.2.2 随机因子、吸引子和压缩扩张因子的改进36-38
• 3.2.3 改进量子粒子群优化算法步骤38
• 3.3 算法仿真结果及分析38-47
• 3.3.1 算例分析38-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第四章 改进扩展卡尔曼滤波测频修正DFT的相量及功率算法49-65
• 4.1 算法基本原理49-53
• 4.1.1 改进扩展卡尔曼滤波测频原理49-51
• 4.1.2 非同步采样下DFT误差分析51-53
• 4.2 功率误差分析53-55
• 4.2.1 有功功率测量误差分析54
• 4.2.2 无功功率测量误差分析54-55
• 4.3 算法仿真结果及分析55-63
• 4.3.1 算例 155-60
• 4.3.1.1 基波频率计算结果分析55-57
• 4.3.1.2 修正非同步DFT相量测量算法57-60
• 4.3.2 算例 260-63
• 4.4 本章小结63-65
• 第五章 相量测量管理监测系统的设计与实现65-89
• 5.1 相量测量管理监测系统原理65-69
• 5.1.1 系统的整体框架65-66
• 5.1.2 C/S模式简介66-67
• 5.1.3 DotNET技术和Socket通信概述67-68
• 5.1.4 SQL数据库简介68-69
• 5.2 数据串口通信和存储处理69-72
• 5.2.1 数据通信原理69-71
• 5.2.2 数据处理存储71-72
• 5.3 相量测量管理监测系统功能的实现72-88
• 5.3.1 系统登录界面74-75
• 5.3.2 历史数据查询75-77
• 5.3.3 数据采集存储和实时显示77-79
• 5.3.4 数据计算分析79-87
• 5.3.5 系统设置87
• 5.3.6 系统信息87-88
• 5.4 本章小结88-89
• 第六章 总结与展望89-91
• 6.1 本文主要成果89-90
• 6.2 展望90-91
• 参考文献91-97
• 致谢97-99
• 攻读学位期间发表的论文99

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本文编号：306423