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基于最优线性滤波的PMU测量Ⅰ:最优滤波原理

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中国电机工程学报 2018年第8期38卷 2262-2271页

作者：汪芙平黄松岭赵伟王赞基电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学)

随着同步相量测量单元（phasor measurement unit,PMU）测量标准的不断更新和PMU在配电网的应用,更为恶劣的测量环境和更高的准确度要求,使得PMU测量算法面临巨大挑战。最优化方法能够兼顾基波频偏与动态变化、谐波、噪声、直流和带外... 详细信息

随着同步相量测量单元（phasor measurement unit,PMU）测量标准的不断更新和PMU在配电网的应用,更为恶劣的测量环境和更高的准确度要求,使得PMU测量算法面临巨大挑战。最优化方法能够兼顾基波频偏与动态变化、谐波、噪声、直流和带外干扰等因素造成的测量误差,实现测量的高准确度与快速响应的最佳平衡,是复杂条件下PMU测量算法设计极为有效的实现途径。本系列共3篇论文,针对目前应用最广泛的本质为线性滤波的测量机制,建立滤波器频响特性与测量误差之间定量关系,提出最优设计准则,并分别针对P类和M类测量,实现PMU测量算法的最优设计。该文目标是建立最优设计的基本理论。首先通过理论推导,给出基波频偏、谐波、噪声、直流干扰、带外干扰和基波动态等因素下,同步相量、频率和频率变化率引起的测量误差（即总向量误差、频率误差和频率变化率测量误差）与滤波器频响特性之间的定量关系;在此基础上,定义与滤波器频响特性有关的一系列技术指标,由此提出最优滤波器设计准则;最后,通过动态同步相量测量算法和基于泰勒相量模型的加权最小二乘两种典型算法的仿真实验,验证理论分析结果的正确性。

关键词：最优滤波器设计相量测量单元频率测量频率变化率测量

基于最优线性滤波的PMU测量Ⅲ:M类算法设计

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中国电机工程学报 2018年第11期38卷 3144-3153页

作者：汪芙平黄松岭赵伟王赞基电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学)

本系列论文的前2篇,分别研究同步相量测量单元测量的最优滤波原理和P类测量最优算法的具体设计。该文在此基础上,研究M类测量最优算法的具体设计。与P类测量相比,M类测量是在更高准确度基础上兼顾快速响应,并且增加了公认为最难实现的... 详细信息

本系列论文的前2篇,分别研究同步相量测量单元测量的最优滤波原理和P类测量最优算法的具体设计。该文在此基础上,研究M类测量最优算法的具体设计。与P类测量相比,M类测量是在更高准确度基础上兼顾快速响应,并且增加了公认为最难实现的对带外干扰的抑制要求。为了实现从基波通带到带外干扰阻带的快速衰减,基于奈奎斯特频域抽样定理建立动态相量线性参数模型,并采用以凯撒窗为权重的加权最小二乘算法进行模型参数估计,由此构造原型滤波器,其中频域抽样点个数和凯撒窗阶数构成自由参数集。针对数据上报率分别为50、25和10Hz三种情况,求解最优化问题,给出不同数据长度下最优解的分布,并结合快速响应性能选取最优滤波器长度,构成完整的M类测量优化算法。通过仿真试验评估优化算法的实际测量性能,并与IEEE测量标准提供的参考算法结果进行比较,验证所提出优化算法在测量准确度、使用数据长度和单相测量方面具有的综合性能优势。

关键词：最优滤波器设计相量测量单元带外干扰抑制 M类测量

基于最优线性滤波的PMU测量Ⅱ:P类算法设计

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中国电机工程学报 2018年第10期38卷 2927-2936页

作者：汪芙平黄松岭赵伟王赞基电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学)

系列第一篇论文详细阐述PMU最优算法设计的基础理论和最优滤波器的设计准则。该文在此基础上，研究P类测量最优算法的具体设计。具体地，针对P类测量在快速响应前提下的高准确度需求，选用天然具有谐波抑制性能的基于离散傅里叶变换（di... 详细信息

系列第一篇论文详细阐述PMU最优算法设计的基础理论和最优滤波器的设计准则。该文在此基础上，研究P类测量最优算法的具体设计。具体地，针对P类测量在快速响应前提下的高准确度需求，选用天然具有谐波抑制性能的基于离散傅里叶变换（discrete Fourier transform，DFT）的动态相量测量算法，通过对其形式的扩展，建立原型滤波器，提取出矩形卷积窗长（Mw）、DFT个数（印和泰勒模型阶数（K）作为优化的自由参数。以数据上报率50fps为例，完成固定系数和变系数测量滤波器组的最优化设计，并构成完整的P类测量优化算法。通过仿真试验，评估优化算法的实际测量性能，并与加窗DFT、动态同步相量测量算法（dynamicphasorestimatealgorithm，DPEA）和泰勒模型加权最小二乘算法（Taylor-modelweightedleastsquares，TWLS）等常用算法进行比较，验证所提出优化算法的性能优势。

关键词：最优滤波器设计相量测量单元 DFT类动态相量测量算法 P类测量

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实现配电网PMU频率测量的数字微分器研究

中国电机工程学报 2021年第22期41卷 7640-7647页

作者：张琳任双雪惠子珈汪芙平刘书翔国网陕西省电力公司经济技术研究院陕西省西安市710075 电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学) 北京市海淀区100084

与装配在主干电网的同步相量单元(phasor measurement unit,PMU)相比,配电网PMU在进行频率测量时,除了无法利用对称的三相信号之外,还面临更高强度谐波和噪声的干扰。该文针对配电网PMU测量具体特点,研究低通数字微分滤波器的优化设计,... 详细信息

与装配在主干电网的同步相量单元(phasor measurement unit,PMU)相比,配电网PMU在进行频率测量时,除了无法利用对称的三相信号之外,还面临更高强度谐波和噪声的干扰。该文针对配电网PMU测量具体特点,研究低通数字微分滤波器的优化设计,通过对单相信号相位进行滤波实现频率测量。优化设计目标是,在低频段获得高精确度微分运算频响特性同时,强化中高频段对相位误差中各次谐波的有效抑制,并最小化噪声增益。通过对含约束优化问题求解,实现了长度为1.0~1.5工频周期的线性相位有限冲激响应(finite impulse response,FIR)数字微分器设计。仿真结果表明,所设计滤波器与IEEEC37.118.1相量测量参考算法配合,可以在静态和动态配电网环境下实现频率的快速精确测量,具有较高的工程应用价值。

关键词：频率测量同步相量测量单元配电网最优滤波器设计