适用于高渗透率分布式电源接入的主动配电网同步相量测量方法

With the rapid development of distributed generators (DGs) and electric vehicles, the active distribution network (ADN) is inevitable, whose mechanism characteristics, operation and control are changed dramatically. To solve that problem, measurement units which can provide synchronized dynamic measurements are needed. However, compared with the transmission network, the ADN signal has more complicate frequency spectrum, higher noise, more step change, faster dynamic and worse synchronization condition. The phasor measurement technology for transmission lines is not suitable. Consequently, the project aims to propose a phasor measurement technology for the ADN. First, the characteristic of the signal of the AND and its impact on phasor measurements will be revealed. Based on that, the bandwidth extract method based on multiple digital filters will be proposed. Then, the method of building the adaptive data window will be studied to solve the contradiction between the accuracy and the time delay. After establishing dynamic phasor model with high order, the novel phasor measurement method based on the curve fitting will be proposed. Last, through analyzing different network-based synchronization ways and the study on the detection method of the synchronization abnormal, the network-based synchronization with high security for the AND will be studied.

高渗透率的分布式电源与柔性负荷的大量接入使配电网步入主动配电网时代，其机理特性和运行控制方式发生根本性变化。原有的基于模型的机理分析与开环控制方法不再适用，亟需同步测量装置为基于量测的机理分析与快速协调闭环控制提供同步动态测量数据。然而，相比于高压输电网，主动配电网电气量间谐波多、噪声高、瞬变多、变化快速、同步条件差，现有测量装置与方法已不能满足应用需求，需进行适用于高渗透率分布式电源接入的主动配电网相量测量方法研究。本项目以揭示主动配电网信号特征及其对相量测量影响机理为基础；突破原有测量频带的限制，提出基于分级数字滤波器的电气量有效测量频带快速提取方法；研究基于信号识别的自适应时间窗构建方法，解决测量精度与时延的矛盾，并建立高阶动态相量模型，提出噪声抑制与基于曲线拟合的新型相量测量方法；分析不同网络同步对时方式特性，提出同步异常识别方法，研究适用于主动配电网的同步方法。

高渗透率的分布式电源与柔性负荷的大量接入使配电网步入主动配电网时代，其机理特性和运行控制方式发生根本性变化。原有的基于模型的机理分析与开环控制方法不再适用，亟需同步测量装置为解决上述问题提供动态数据。然而，相比于高压输电网，主动配电网电气量间谐波多、噪声高、瞬变多、变化快速、同步条件差，现有测量装置与方法已不能满足应用需求，需进行适用于高渗透率分布式电源接入的主动配电网相量测量方法研究。本项目针对主动配电网电气量特性不明的问题，基于仿真与大量现场数据分析了主动配电网电气量宽频谱、高噪声、多瞬变的特性；揭示了宽频信号会导致相量以宽频信号频率与基频频率之差的频率发生振荡的现象；分析了瞬变现象对相量测量响应时间与上送延时的影响。针对主动配电网电气量频带宽会导致频谱泄漏与频率混叠的问题，揭示了PMU能准确测量的频带范围，提出了分级设计数字滤波器的测量频带快速提取方法，实现了带外信号的有效抑制与测量频带的快速提取。针对多场景下无法同时兼顾测量精度与测量速度的问题，提出了基于相量模型参数特征的系统不同测量场景识别方法和适用于测量类装置的自适应相量测量方法；进一步，提出了基于谱线插值拟合的间谐波测量方法，实现了宽频带相量地准确、快速测量。针对主动配电网同步条件差的问题，建立了实验平台，测试分析了北斗、GPS、1588网络同步的同步性能，分析了同步时间偏差以及人为干扰、欺诈对相量测量的影响。基于上述研究成果，研制了配电网同步相量测量装置，通过了第三方测试，结果表明部分精度指标比标准高出10倍以上，并在实际配电网安装运行50余台，验证了理论的正确性与装置的可靠性。