本發(fā)明涉及電磁測(cè)量?jī)x器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估方法及評(píng)估裝置。

背景技術(shù)：

PMU(Phasor Measurement Unit，同步相量測(cè)量單元)被稱為智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，基于PMU的WAMS(Wide Area Measurement System，廣域測(cè)量系統(tǒng))在電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)、控制和保護(hù)等應(yīng)用中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。PMU提供持續(xù)可靠的數(shù)據(jù)是WAMS開(kāi)展各類應(yīng)用的前提。為保證PMU測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性，一方面，PMU在部署前必須進(jìn)行校準(zhǔn)，在使用中也需定期檢測(cè)，以確認(rèn)其處于正常狀態(tài)；另一方面，若能對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行在線評(píng)估，標(biāo)識(shí)測(cè)量結(jié)果中的壞數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)PMU工作異常，則是更為積極的技術(shù)手段。

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和PMU技術(shù)的廣泛應(yīng)用，PMU的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷不斷修改，并還將持續(xù)更新。當(dāng)前PMU最新國(guó)際測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)為IEEE C37.118.1-2011及其修訂版IEEE C37.118.1a-2014，系統(tǒng)校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為IEEE C37.242—2013。與IEEEC37.118-2005相比，新標(biāo)準(zhǔn)最大變化是引入了動(dòng)態(tài)相量概念，新增了PMU動(dòng)態(tài)測(cè)試的內(nèi)容。由于被測(cè)量動(dòng)態(tài)變化，動(dòng)態(tài)測(cè)試對(duì)PMU校準(zhǔn)造成很大的挑戰(zhàn)。例如，基于高精度信號(hào)源的PMU測(cè)試系統(tǒng)是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)局(NIST)同步量測(cè)實(shí)驗(yàn)室和我國(guó)相關(guān)高校致力研制的技術(shù)方案，在靜態(tài)測(cè)試中技術(shù)非常成熟，但在動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)明顯存在缺陷。在動(dòng)態(tài)測(cè)試中，由于高精度信號(hào)源硬件系統(tǒng)的功率放大等環(huán)節(jié)會(huì)引入不可完全補(bǔ)償?shù)臅r(shí)間延遲，導(dǎo)致高精度信號(hào)源的實(shí)際發(fā)出信號(hào)相對(duì)于理論信號(hào)存在一定時(shí)標(biāo)誤差，最終造成校準(zhǔn)系統(tǒng)中相量比較環(huán)節(jié)存在誤差。為消除時(shí)標(biāo)誤差對(duì)PMU動(dòng)態(tài)測(cè)試的影響，需要研制PMU高精度校準(zhǔn)器。

針對(duì)PMU最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，目前國(guó)內(nèi)外在工業(yè)生產(chǎn)中尚未出現(xiàn)符合該標(biāo)準(zhǔn)的PMU校準(zhǔn)系統(tǒng)。即便高精度校準(zhǔn)器開(kāi)始廣泛用于PMU動(dòng)態(tài)測(cè)試，由于這類傳統(tǒng)的PMU校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、價(jià)格昂貴，一個(gè)完整的校準(zhǔn)流程耗時(shí)長(zhǎng)，并且需要專業(yè)測(cè)試人員調(diào)試，并不適合PMU裝置的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

相關(guān)技術(shù)中，公開(kāi)了一種基于相量估計(jì)中原信號(hào)與殘差信號(hào)功率比(稱為殘差信噪比)評(píng)估相量測(cè)量的精度的思路。由于該做法不要求預(yù)知被測(cè)量真實(shí)值，不依賴于測(cè)試信號(hào)精確形式，可用于相量測(cè)量質(zhì)量的在線評(píng)估；若用于PMU系統(tǒng)的校驗(yàn)，則可大大緩解對(duì)測(cè)試信號(hào)源的要求。但該思路存在明顯缺陷，當(dāng)觀測(cè)信號(hào)中包含諧波和噪聲等干擾時(shí)，殘差信噪比取值主要由干擾決定，無(wú)法反映誤差大小。為了基于該思路有效實(shí)現(xiàn)相量測(cè)量的在線評(píng)估，并進(jìn)一步成功用于PMU校準(zhǔn)，一方面需要完善基于殘差實(shí)現(xiàn)在噪聲和干擾等條件下進(jìn)行測(cè)量誤差評(píng)估的算法，另一方面需要通過(guò)理論研究和試驗(yàn)驗(yàn)證，制定完整的測(cè)試和評(píng)估方案，使得測(cè)試結(jié)果符合PMU測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。

為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估方法，該方法可以提高評(píng)估的可靠性和準(zhǔn)確性，簡(jiǎn)單便捷。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估裝置。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面實(shí)施例提出了一種同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估方法，包括以下步驟：獲取同步錄波數(shù)據(jù)和同步相量測(cè)量數(shù)據(jù)；根據(jù)所述同步錄波數(shù)據(jù)和同步相量測(cè)量數(shù)據(jù)獲取基波重構(gòu)波形，以得到殘差波形；獲取所述殘差波形的帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比；如果處理正常運(yùn)行的在線測(cè)量數(shù)據(jù)，則通過(guò)所述帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比分別獲取同步相量測(cè)量不確定度和電網(wǎng)采樣信號(hào)的信噪比；如果處理離線校驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，則根據(jù)輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源設(shè)置和所述帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比得到基波和干擾引起的相量測(cè)量誤差；獲取系統(tǒng)測(cè)量精度綜合評(píng)估結(jié)果。

本發(fā)明實(shí)施例的同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估方法，由同步錄波數(shù)據(jù)和同步相量數(shù)據(jù)獲得基波重構(gòu)波形和殘差波形，計(jì)算殘差波形的帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比，從而對(duì)正常運(yùn)行數(shù)據(jù)，帶內(nèi)和帶外信噪比分別估計(jì)同步相量測(cè)量不確定度和電網(wǎng)信號(hào)信噪比，實(shí)時(shí)反饋測(cè)量環(huán)境和PMU工作狀態(tài)，并且對(duì)離線校驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，針對(duì)一系列測(cè)試信號(hào)源，計(jì)算出各種情況下基波和干擾引起的相量測(cè)量誤差，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)測(cè)量精度綜合評(píng)估，即在PMU正常運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)同步相量測(cè)量不確定度在線估計(jì)，在PMU性能檢驗(yàn)時(shí)，結(jié)合中等精度標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)源，實(shí)現(xiàn)PMU精度校驗(yàn)，提高了評(píng)估的可靠性和準(zhǔn)確性。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估方法還可以具有以下附加的技術(shù)特征：

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)時(shí)窗長(zhǎng)度和基波帶寬選取得到所述殘差波形的帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在針對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)源時(shí)，根據(jù)所述帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比進(jìn)行測(cè)量誤差表征和精度校驗(yàn)的準(zhǔn)則進(jìn)行精度校驗(yàn)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，基波重構(gòu)序列和殘差序列ε[n]的計(jì)算公式為：

其中，s[n]為電網(wǎng)采樣序列，為經(jīng)插值后所得電網(wǎng)采樣序列的同步相量測(cè)量值，f_s為采樣頻率，t_n為時(shí)標(biāo)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，以所述時(shí)標(biāo)為中心，長(zhǎng)度為T_w＝L/f_s的數(shù)據(jù)窗，所述帶內(nèi)信噪比和帶外殘差信噪比的計(jì)算公式為：

其中，Δf＝f_s/(L+1)，L+1為時(shí)窗內(nèi)采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，B為基波帶寬，E[n,m]為ε[n]的短時(shí)傅里葉變換。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明另一方面實(shí)施例提出了一種同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估裝置，包括：數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取同步錄波數(shù)據(jù)和同步相量測(cè)量數(shù)據(jù)；波形獲取模塊，用于根據(jù)所述同步錄波數(shù)據(jù)和同步相量測(cè)量數(shù)據(jù)獲取基波重構(gòu)波形，以得到殘差波形；信噪比獲取模塊，用于獲取所述殘差波形的帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比；評(píng)估模塊，當(dāng)處理正常運(yùn)行的在線測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)所述帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比分別獲取同步相量測(cè)量不確定度和電網(wǎng)采樣信號(hào)的信噪比，當(dāng)處理離線校驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源設(shè)置和所述帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比得到基波和干擾引起的相量測(cè)量誤差，從而獲取系統(tǒng)測(cè)量精度綜合評(píng)估結(jié)果。

本發(fā)明實(shí)施例的同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估裝置，由同步錄波數(shù)據(jù)和同步相量數(shù)據(jù)獲得基波重構(gòu)波形和殘差波形，計(jì)算殘差波形的帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比，從而對(duì)正常運(yùn)行數(shù)據(jù)，帶內(nèi)和帶外信噪比分別估計(jì)同步相量測(cè)量不確定度和電網(wǎng)信號(hào)信噪比，實(shí)時(shí)反饋測(cè)量環(huán)境和PMU工作狀態(tài)，并且對(duì)離線校驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，針對(duì)一系列測(cè)試信號(hào)源，計(jì)算出各種情況下基波和干擾引起的相量測(cè)量誤差，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)測(cè)量精度綜合評(píng)估，即在PMU正常運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)同步相量測(cè)量不確定度在線估計(jì)，在PMU性能檢驗(yàn)時(shí)，結(jié)合中等精度標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)源，實(shí)現(xiàn)PMU精度校驗(yàn)，提高了評(píng)估的可靠性和準(zhǔn)確性。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估裝置還可以具有以下附加的技術(shù)特征：

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述信噪比獲取模塊具體用于通過(guò)時(shí)窗長(zhǎng)度和基波帶寬得到所述殘差波形的帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在針對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)源時(shí)，根據(jù)所述帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比進(jìn)行測(cè)量誤差表征和精度校驗(yàn)的準(zhǔn)則進(jìn)行精度校驗(yàn)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，基波重構(gòu)序列和殘差序列ε[n]的計(jì)算公式為：

其中，s[n]為電網(wǎng)采樣序列，為經(jīng)插值后所得電網(wǎng)采樣序列的同步相量測(cè)量值，f_s為采樣頻率，t_n為時(shí)標(biāo)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，以所述時(shí)標(biāo)為中心，長(zhǎng)度為T_w＝L/f_s的數(shù)據(jù)窗，所述帶內(nèi)信噪比和帶外殘差信噪比的計(jì)算公式為：

其中，Δf＝f_s/(L+1)，L+1為時(shí)窗內(nèi)采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，B為基波帶寬，E[n,m]為ε[n]的短時(shí)傅里葉變換。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估方法的流程圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的PMU實(shí)測(cè)的一段同步相量幅值波形示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的PMU實(shí)測(cè)的一段同步相量相位波形示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的PMU記錄的一段電流信號(hào)錄波波形示意圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基波重構(gòu)所得殘差波形示意圖；

圖6為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的特征參數(shù)i計(jì)算結(jié)果示意圖；

圖7為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的特征參數(shù)o計(jì)算結(jié)果示意圖；

圖8為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基波頻偏測(cè)試試驗(yàn)所得TVE最大值(TVE_max)、TVE均方根值(TVE_rms)和i關(guān)于頻偏f變化曲線示意圖；

圖9為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基波正弦幅度調(diào)制測(cè)試試驗(yàn)所得TVE最大值(TVE_max)、TVE均方根值(TVE_rms)和r_i關(guān)于調(diào)制頻率f_m變化曲線示意圖；

圖10為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基波正弦相位調(diào)制測(cè)試試驗(yàn)所得TVE最大值(TVE_max)、TVE均方根值(TVE_rms)和r_i關(guān)于調(diào)制頻率f_m變化曲線；

圖11為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估方法及評(píng)估裝置，首先將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估方法。

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估方法的流程圖。

如圖1所示，該同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估方法包括以下步驟：

在步驟S101中，獲取同步錄波數(shù)據(jù)和同步相量測(cè)量數(shù)據(jù)。

在步驟S102中，根據(jù)同步錄波數(shù)據(jù)和同步相量測(cè)量數(shù)據(jù)獲取基波重構(gòu)波形，以得到殘差波形。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，基波重構(gòu)序列和殘差序列ε[n]的計(jì)算公式為：

其中，s[n]為電網(wǎng)采樣序列，為經(jīng)插值后所得電網(wǎng)采樣序列的同步相量測(cè)量值，f_s為采樣頻率，t_n為時(shí)標(biāo)。

舉例而言，對(duì)同步相量測(cè)量序列進(jìn)行插值，使得插值序列與同步錄波數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)對(duì)齊，由插值序列重構(gòu)基波，基波與同步錄波數(shù)據(jù)之差為殘差波形。

在步驟S103中，獲取殘差波形的帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)時(shí)窗長(zhǎng)度和基波帶寬合理選取得到殘差波形的帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比。

可以理解的是，以某測(cè)量時(shí)刻為中心，根據(jù)不同用途選取時(shí)窗長(zhǎng)度和基波帶寬，根據(jù)該時(shí)窗內(nèi)基波和殘差波形，由FFT計(jì)算出殘差在基波頻帶內(nèi)和頻帶外的功率，并與該時(shí)窗內(nèi)基波平均功率做比，得到殘差帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，以時(shí)標(biāo)為中心，長(zhǎng)度為T_w＝L/f_s的數(shù)據(jù)窗，帶內(nèi)信噪比和帶外殘差信噪比的計(jì)算公式為：

其中，Δf＝f_s/(L+1)，L+1為時(shí)窗內(nèi)采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，B為基波帶寬，E[n,m]為ε[n]的短時(shí)傅里葉變換。

在步驟S104中，如果處理正常運(yùn)行的在線測(cè)量數(shù)據(jù)，則通過(guò)帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比分別獲取同步相量測(cè)量不確定度和電網(wǎng)采樣信號(hào)的信噪比。

例如，對(duì)于PMU在線測(cè)量數(shù)據(jù)，時(shí)窗選取為5個(gè)基波周期(0.1秒)，帶內(nèi)信噪比倒數(shù)的平方根為相量測(cè)量不確定度(總相量誤差方均根)估計(jì)，帶外信噪比為電網(wǎng)采樣信號(hào)當(dāng)前時(shí)刻信噪比(干擾和噪聲相對(duì)基波的功率比)估計(jì)值。

在步驟S105中，如果處理離線校驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，則根據(jù)輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源設(shè)置和帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比得到基波和干擾引起的相量測(cè)量誤差。

其中，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在針對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)源時(shí)，根據(jù)帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比進(jìn)行測(cè)量誤差表征和精度校驗(yàn)的準(zhǔn)則進(jìn)行精度校驗(yàn)。

例如，對(duì)于離線檢測(cè)數(shù)據(jù)，基波帶寬對(duì)P類測(cè)量為固定值75Hz，對(duì)M類測(cè)量基波帶寬折為數(shù)據(jù)上報(bào)率(單位時(shí)間測(cè)量數(shù)據(jù)上報(bào)次數(shù))，時(shí)窗為5秒(標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源長(zhǎng)度)，帶內(nèi)信噪比倒數(shù)的平方根為基波引起的總向量誤差(TVE)，帶外信噪比倒數(shù)的平方根與諧波功率之差的絕對(duì)值為應(yīng)諧波引起的TVE。

在步驟S106中，獲取系統(tǒng)測(cè)量精度綜合評(píng)估結(jié)果。

本發(fā)明實(shí)施例的評(píng)估方法為PMU數(shù)據(jù)質(zhì)量的在線評(píng)估、PMU工作狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)和PMU測(cè)量精度的定期校驗(yàn)提供了便捷、有效和經(jīng)濟(jì)的技術(shù)手段，對(duì)提高PMU的應(yīng)用水平具有積極意義。

具體而言，本發(fā)明實(shí)施例由同步錄波數(shù)據(jù)和同步相量測(cè)量數(shù)據(jù)獲得基波重構(gòu)波形和殘差波形，計(jì)算出殘差波形的帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比；對(duì)正常運(yùn)行的在線測(cè)量數(shù)據(jù)，帶內(nèi)和帶外信噪比分別用于估計(jì)同步相量測(cè)量不確定度和電網(wǎng)采樣信號(hào)的信噪比；對(duì)離線校驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，根據(jù)輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源設(shè)置，由帶內(nèi)和帶外信噪比分別計(jì)算出基波和干擾引起的相量測(cè)量誤差，綜合各種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源測(cè)試結(jié)果，得到系統(tǒng)測(cè)量精度綜合評(píng)估。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，本發(fā)明實(shí)施例的評(píng)估方法可以基于PMU同步錄波和相量測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)同步相量測(cè)量精度進(jìn)行評(píng)估的計(jì)算方法。在PMU正常運(yùn)行情況下，該算法可實(shí)現(xiàn)同步相量測(cè)量不確定度在線估計(jì)；在PMU性能檢驗(yàn)時(shí)，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)源(不要求高精度)，尤其是可用于對(duì)PMU裝置同步相量測(cè)量精度實(shí)現(xiàn)一種符合最新PMU測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)(IEEE C37.118.1-2011及其修訂版IEEE C37.118.1a-2014)的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)。

下面以一個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的評(píng)估方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

步驟S1，殘差信號(hào)帶內(nèi)和帶外信噪比計(jì)算：

以單相電壓或電流數(shù)據(jù)為例。記s[n]電網(wǎng)采樣序列，采樣頻率為f_s，是經(jīng)插值后所得s[n]的同步相量測(cè)量值，二者對(duì)應(yīng)協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)時(shí)標(biāo)為t_n。基波重構(gòu)序列和殘差序列ε[n]分別為：

對(duì)以t_n為中心，長(zhǎng)度為T_w＝L/f_s的數(shù)據(jù)窗，定義這段數(shù)據(jù)帶內(nèi)和帶外殘差信噪比分別為：

其中，Δf＝f_s/(L+1)，L+1為時(shí)窗內(nèi)采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，B是基波帶寬，E[n,m]是ε[n]的短時(shí)傅里葉變換：

進(jìn)一步記和這兩個(gè)參數(shù)直接用于測(cè)量誤差表征。

i和o在PMU正常工作狀態(tài)下用于相量測(cè)量質(zhì)量在線評(píng)估，和PMU定期檢測(cè)時(shí)用于系統(tǒng)測(cè)量精度校驗(yàn)兩種應(yīng)用場(chǎng)合下，式(3)和(4)中參數(shù)T_w和B有所不同。用于在線評(píng)估時(shí)，T_w＝0.1秒(5個(gè)基波周期)，B的取值使得i與TVE的均方根(即同步相量測(cè)量不確定度)盡可能接近。記h(t)為實(shí)現(xiàn)同步相量估計(jì)的等效線性濾波器，即：

則要求B的取值盡可能滿足：

其中H(f)為h(t)頻響特性。用于精度評(píng)估時(shí)，T_w＝5秒(單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)樣本長(zhǎng)度)，對(duì)P類測(cè)量B＝75Hz，對(duì)M類測(cè)量B選取為數(shù)據(jù)上報(bào)率。

步驟S2，基于PMU實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相量測(cè)量不確定度估計(jì)：

舉例而言，圖2～圖4給出了吉林省某60萬(wàn)機(jī)組故障時(shí)主變壓器A相電流的一段5秒(2015/8/6日0:35:58～0:35:03)實(shí)測(cè)同步相量(數(shù)據(jù)上報(bào)率100Hz)數(shù)據(jù)和同步錄波波形，圖5給出了基于錄波和相量數(shù)據(jù)由式(2)計(jì)算得到基波重構(gòu)殘差波形，采樣頻率為4.8kHz。圖6和圖7給出了基于圖5殘差波形分別由式(3)和式(4)計(jì)算得到的i和-20log₁₀(o)曲線，二者分別作為同步相量測(cè)量不確定度和電網(wǎng)采樣信號(hào)信噪比的估計(jì)值，其中B＝90Hz，L＝480?？梢钥闯觯?9秒到59.1秒之間，i和o數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，可確定為壞數(shù)據(jù)，這是由于系統(tǒng)振蕩，電網(wǎng)信號(hào)畸變所致。而在此區(qū)間之外，i值也都達(dá)到2％，明顯超出了正常誤差允許水平(<1％)，表明測(cè)量系統(tǒng)存在問(wèn)題。離線分析殘差波形，發(fā)現(xiàn)其中包含顯著的基波成分，據(jù)此推斷錄波數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)可能存在同步偏差。將錄波數(shù)據(jù)與重構(gòu)數(shù)據(jù)做延遲相關(guān)估計(jì)得同步偏差為0.06ms。同步校正前后i和o分別如圖6和圖7所示，校正后i在振蕩前后分別約為0.15％和0.25％，回歸正常水平。o值基本不受同步誤差影響，可知振蕩前后信噪比約為43.5dB。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，充分展示了本發(fā)明在測(cè)量數(shù)據(jù)質(zhì)量在線評(píng)估和PMU工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用中的效能和積極作用。

步驟S3，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)源進(jìn)行PMU精度校驗(yàn)：

PMU測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了多組標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)，基于對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)的測(cè)量結(jié)果總體評(píng)估PMU的相量測(cè)量精度。這些標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)為穩(wěn)態(tài)時(shí)存在頻偏的基波信號(hào)、基波+諧波信號(hào)，和動(dòng)態(tài)時(shí)遭受正弦幅度調(diào)制、正弦相位調(diào)制和線性調(diào)頻的基波信號(hào)，各類測(cè)試信號(hào)單相表達(dá)式如下

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的P類和M類兩種測(cè)量性能，以上公式中的參數(shù)Δf，k_m，k_x，k_a和R_f在不同范圍內(nèi)取值。PMU標(biāo)準(zhǔn)中以TVE的最大值表征相量測(cè)量精度，但統(tǒng)計(jì)該數(shù)值需要已知同步相量的真實(shí)值，在動(dòng)態(tài)測(cè)試中幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明基于理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，在PMU測(cè)試條件下(無(wú)隨機(jī)噪聲)，i近似等于TVE的均方根值，o與諧波有效值之差等于諧波引起的TVE，為此以i和o作為技術(shù)指標(biāo)，表征PMU總體的相量測(cè)量精度。

對(duì)各類標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)，本發(fā)明實(shí)施例以i和o作為技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行PMU相量測(cè)量誤差校驗(yàn)的具體規(guī)定如下：

(1)測(cè)試信號(hào)為式(8)含頻偏的穩(wěn)態(tài)基波信號(hào)，P類測(cè)試要求基波頻偏|Δf|≤5Hz，M類測(cè)試要求|Δf|≤5Hz，校驗(yàn)準(zhǔn)則為ρ_i<Γ_i，ρ_o<Γ_o，門限參考值i＝1％，o＝0.05％；

(2)測(cè)試信號(hào)為式(9)含諧波信號(hào)干擾的穩(wěn)態(tài)基波信號(hào)，要求分別考察2次到50次諧波，即m＝2，3，…，50，P類測(cè)試要求|Δf|≤2Hz，k_m＝0.01，M類測(cè)試要求|Δf|≤5Hz，k_m＝0.1，校驗(yàn)準(zhǔn)則為ρ_i<Γ_i，|ρ_o-k_m|<Γ_o，門限參考值i＝1％，o＝0.5％；

(3)測(cè)試信號(hào)為式(10)正弦幅度調(diào)制動(dòng)態(tài)基波信號(hào)，P類測(cè)試要求調(diào)制頻率f_m≤2Hz，k_x＝0.1,M類測(cè)試要求f_m≤5Hz，k_x＝0.1，校驗(yàn)準(zhǔn)則為ρ_i<Γ_i,ρ_o<Γ_o，門限參考值i＝1％，o＝0.05％；

(4)測(cè)試信號(hào)為式(11)正弦相位調(diào)制動(dòng)態(tài)基波信號(hào)，P類測(cè)試要求調(diào)制頻率f_m≤2Hz，k_x＝0.1，M類測(cè)試要求f_m≤5Hz，k_x＝0.1，校驗(yàn)準(zhǔn)則為ρ_i<Γ_i，ρ_o<Γ_o，門限參考值i＝1％，o＝0.05％；

(5)測(cè)試信號(hào)為式(12)線性調(diào)頻基波信號(hào)，R_f＝1Hz/s，P類測(cè)試要求頻率偏移范圍為從48Hz增長(zhǎng)至52Hz和從52Hz下降至48Hz，M類測(cè)試要求頻率偏移范圍為從45Hz增長(zhǎng)至55Hz和從55Hz下降至45Hz,校驗(yàn)準(zhǔn)則為ρ_i<Γ_i，ρ_o<Γ_o，門限參考值i＝1％，o＝0.05％。

以IEEE C37.118.1-2011附錄C中P類參考算法和一種M類參考算法(上報(bào)率F_s＝50Hz)分別作為M類和P類測(cè)試對(duì)象，作為具體實(shí)施例，給出具體計(jì)算機(jī)仿真測(cè)試結(jié)果，除i和o外，還將給出TVE最大值(TVE_max)和TVE均方根(TVE_rms)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，將i與這兩個(gè)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比：

(1)含頻偏的穩(wěn)態(tài)基波信號(hào)，P類算法測(cè)試結(jié)果為TVE_max＝0.63％，TVE_rms＝0.59％，i＝0.56％，r_o＝8.1e-5；M類測(cè)試結(jié)果為TVE_max＝0.72％，TVE_rms＝0.66％，i＝0.66％，r_o＝1.9e-4；

(2)含諧波信號(hào)干擾的穩(wěn)態(tài)基波信號(hào)，P類算法測(cè)試結(jié)果為：TVE_max＝0.63％/0.63％/0.63％/0.63％(m＝2/3/4/5)，TVE_rms＝0.59％/0.59％/0.59％/0.59％(m＝2/3/4/5)，i＝0.56％/0.56％/0.56％/0.56％(m＝2/3/4/5)，r_o＝3.7e-5/1.3e-5/1.7e-5/2.1e-5(m＝2/3/4/5)；M類測(cè)試結(jié)果為TVE_max＝0.73％/0.71％/0.72％/0.72％(m＝2/3/4/5)，TVE_rms＝0.66％/0.66％/0.66％/0.66％(m＝2/3/4/5)，i＝0.69％/0.67％/0.66％/0.66％(m＝2/3/4/5)，o＝2.0e-4/1.4e-4/1.3e-4/1.4e-4(m＝2/3/4/5)；

(3)正弦幅度調(diào)制動(dòng)態(tài)基波信號(hào)，P類算法測(cè)試結(jié)果為TVE_max＝0.07％，TVE_rms＝0.04％，i＝0.04％,o＝0.11e-5；M類測(cè)試結(jié)果為TVE_max＝0.12％,TVE_rms＝0.07％，i＝0.07％，o＝0.7e-5；

(4)正弦相位調(diào)制動(dòng)態(tài)基波信號(hào)，P類算法測(cè)試結(jié)果為TVE_max＝0.06％，TVE_rms＝0.04％，i＝0.04％，o＝0.34e-5；M類測(cè)試結(jié)果為TVE_max＝0.12％，TVE_rms＝0.07％，i＝0.07％，o＝0.5e-5；

(5)線性調(diào)頻基波信號(hào)，P類算法測(cè)試結(jié)果為TVE_max＝0.61％，TVE_rms＝0.27％，i＝0.26％，o＝8.6e-5；M類測(cè)試結(jié)果為TVE_max＝0.71％，TVE_rms＝0.37％，i＝0.37％，o＝5.6e-5。

從以上測(cè)試結(jié)果可以看出，在各種情況下i與TVE均方根取值都非常接近，o也處于理論預(yù)估的范圍內(nèi)，驗(yàn)證了本發(fā)明實(shí)施例的有效性。

另外，圖8、圖9和圖10具體給出了M類參考算法測(cè)試試驗(yàn)中基波頻偏、正弦幅度調(diào)制和正弦相位調(diào)制中TVE最大值、TVE均方根和i隨測(cè)試參數(shù)的變化曲線。結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)，在各種情況下i與TVE均方根取值都非常接近。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估方法，由同步錄波數(shù)據(jù)和同步相量數(shù)據(jù)獲得基波重構(gòu)波形和殘差波形，計(jì)算殘差波形的帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比，從而對(duì)正常運(yùn)行數(shù)據(jù)，帶內(nèi)和帶外信噪比分別估計(jì)同步相量測(cè)量不確定度和電網(wǎng)信號(hào)信噪比，實(shí)時(shí)反饋測(cè)量環(huán)境和PMU工作狀態(tài)，并且對(duì)離線校驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，針對(duì)一系列測(cè)試信號(hào)源，計(jì)算出各種情況下基波和干擾引起的相量測(cè)量誤差，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)測(cè)量精度綜合評(píng)估，即在PMU正常運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)同步相量測(cè)量不確定度在線估計(jì)，在PMU性能檢驗(yàn)時(shí)，結(jié)合中等精度標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)源，實(shí)現(xiàn)PMU精度校驗(yàn)，提高了評(píng)估的可靠性和準(zhǔn)確性。

其次參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估裝置。

圖11是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖11所示，該同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估10包括：數(shù)據(jù)獲取模塊100、波形獲取模塊200、信噪比獲取模塊300和評(píng)估模塊400。

其中，數(shù)據(jù)獲取模塊100用于獲取同步錄波數(shù)據(jù)和同步相量測(cè)量數(shù)據(jù)。波形獲取模塊200用于根據(jù)同步錄波數(shù)據(jù)和同步相量測(cè)量數(shù)據(jù)獲取基波重構(gòu)波形，以得到殘差波形。信噪比獲取模塊300用于獲取殘差波形的帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比。當(dāng)處理正常運(yùn)行的在線測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，評(píng)估模塊400通過(guò)帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比分別獲取同步相量測(cè)量不確定度和電網(wǎng)采樣信號(hào)的信噪比，當(dāng)處理離線校驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，評(píng)估模塊400根據(jù)輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源設(shè)置和帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比得到基波和干擾引起的相量測(cè)量誤差，從而獲取系統(tǒng)測(cè)量精度綜合評(píng)估結(jié)果。本發(fā)明實(shí)施例的評(píng)估裝置10可以在PMU正常運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)同步相量測(cè)量不確定度在線估計(jì)，在PMU性能檢驗(yàn)時(shí)，結(jié)合中等精度標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)源，實(shí)現(xiàn)PMU精度校驗(yàn)，提高了評(píng)估的可靠性和準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，信噪比獲取模塊300具體用于通過(guò)時(shí)窗長(zhǎng)度和基波帶寬合理選取得到殘差波形的帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在針對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)源時(shí)，根據(jù)帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比進(jìn)行測(cè)量誤差表征和精度校驗(yàn)的準(zhǔn)則進(jìn)行精度校驗(yàn)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，基波重構(gòu)序列和殘差序列ε[n]的計(jì)算公式為：

其中，s[n]為電網(wǎng)采樣序列，為經(jīng)插值后所得電網(wǎng)采樣序列的同步相量測(cè)量值，f_s為采樣頻率，t_n為時(shí)標(biāo)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，以時(shí)標(biāo)為中心，長(zhǎng)度為T_w＝L/f_s的數(shù)據(jù)窗，帶內(nèi)信噪比和帶外殘差信噪比的計(jì)算公式為：

其中，Δf＝f_s/(L+1)，L+1為時(shí)窗內(nèi)采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，B為基波帶寬，E[n,m]為ε[n]的短時(shí)傅里葉變換。

需要說(shuō)明的是，前述對(duì)同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估方法實(shí)施例的解釋說(shuō)明也適用于該實(shí)施例的同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估裝置，此處不再贅述。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的同步相量測(cè)量單元的相量測(cè)量精度評(píng)估裝置，由同步錄波數(shù)據(jù)和同步相量數(shù)據(jù)獲得基波重構(gòu)波形和殘差波形，計(jì)算殘差波形的帶內(nèi)信噪比和帶外信噪比，從而對(duì)正常運(yùn)行數(shù)據(jù)，帶內(nèi)和帶外信噪比分別估計(jì)同步相量測(cè)量不確定度和電網(wǎng)信號(hào)信噪比，實(shí)時(shí)反饋測(cè)量環(huán)境和PMU工作狀態(tài)，并且對(duì)離線校驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，針對(duì)一系列測(cè)試信號(hào)源，計(jì)算出各種情況下基波和干擾引起的相量測(cè)量誤差，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)測(cè)量精度綜合評(píng)估，即在PMU正常運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)同步相量測(cè)量不確定度在線估計(jì)，在PMU性能檢驗(yàn)時(shí)，結(jié)合中等精度標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)源，實(shí)現(xiàn)PMU精度校驗(yàn)，提高了評(píng)估的可靠性和準(zhǔn)確性。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)，三個(gè)等，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過(guò)中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說(shuō)明書(shū)中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。