GPS在电力系统中的应用研究

相之用，即当被试电机为空载(δ=0)时，调节机端电压U的相位使之与Eq同相，当被试电机带负载时，输出的脉冲宽度折算成的角度即代表被试功角的大校实际上是通过获得机端电压与其空载电势过零点的时间差，然后转换成相应的角度，即采样DD相位检测DD时间差DD显示(即Φ=T)，以测取功角。但是该方法仅仅给出了测量功角的一个方法，并不适于实时监视。因为测量功角要求有一个空载过程，以便取得实际测量时的Eq相量角度，在实际应用中特别是在实时检测系统中，这是不现实的。

磁阻位置传感器法[5]通过磁阻位置传感器来测量电机转轴的位移获得发电机空载电势Eq矢量。设电机磁极为一对，利用电机转轴装有的60磁齿齿轮，由磁阻位置传感器产生的信号频率为50×60=3000Hz，当转速为额定转速时，将信号整形后经60分频器即可获得所需要的方波信号。首先进行一次空载过程，以获取方波信号与从电压侧得到的方波信号相位之差，调整磁阻传感器的安装位置，直到上述偏差为零。带负载后，所得差值即为功角δ。

无论汽轮发电机组还是水轮发电机组都装有测速装置，因此文献[7]提出利用转速表来测量功角。该装置的构成是:在发电机的轴上安装一个60个齿的齿轮，这60个齿大小完全一样，均布在圆盘上。转速表的测量电路负责检测齿轮所发出的脉冲，每60个脉冲代表转子旋转一周。转子的瞬时速度由下式表示(T0为两个相邻脉冲的时间间隔):

只要已知转子在初始时刻的位置θ0以及任意时刻的速度ωr(t)，就可以准确地确定转子在任意时刻的位置θ(t)。ωr(t)由转速表负责测量，其测量精度与电力系统的稳定状态无关，所以在正确确定θ0后，能通用于电力系统的任意状态，并且也通用于汽轮发电机组和水轮发电机组。2 同步相量的应用

随着基于同步技术的电网相角监测系统的采用，实时精确测量系统中各关键点的电压电流相量，使得人们能实时地看到系统的状态，从而在电力系统中利用GPS同步相量实施相量控制这一电力系统稳定控制最直接的方法成为可能。

相角测量可望在电力系统的状态估计、静态稳定的监视、暂态稳定的预测及控制和自适应失步保护方面发挥其作用[2,12,13]：

1) 应用PMU在电力系统做了很多试验研究，如短路试验[14]、切机试验和甩负荷试验、发电机失磁试验[15]、线路的开断试验[16]等。通过PMU做的这些试验，使人们首次看到了系统的动态行为，认识到了以往所没有的现象和规律。对于动态电力系统建立的系统元件数学模型难以通过现场试验进行验证，数学模型的参数也很难准确确定，从而影响了数字仿真的精度和数学模型的适用范围。基于PMU的同步相量提供了一种验证数学模型和对其进行参数估计的基础。并能应用于系统负荷模型的建立，系统等值等方面。

2)系统的状态估计是一种数学方法，通常状态估计是解系统的特征非线性方程求解，确定系统的稳定性，然而其计算时间比较长，难以在暂态过程中得到应用。若系统在所有节点安置相角测量装置，它对电压相量的状态估计是一个线性估计或状态确定;若系统在部分节点安置相角测量装置并使系统可观察时，它对电压相量的状态估计是一个线性估计。因此将同步相量值加入到现有的状态估计中，可提高状态估计的精度，做到实时运行。

3)相角测量得到的同步相量能极大地改善系统稳定的预测及控制。

调度中心可根据各个点的实时相角，建立全系统的实时相角集中监视系统，给调度员提供预防故障的措施或减少事故影响的补救办法，根据相角信息可采取紧急措施(如切机、甩负荷、解列等)，防止系统的崩溃。

最常用的预测方法是在实测相角曲线的基础上利用自回归(AR)、多项式[19，20]或频角关系等预测相对角度的轨迹，然后以角度大于某一限制值或依据预测模型的稳定性判断系统的稳定性。但是其误差随预测长度的增加变大，在暂态初期，轨迹变化较剧烈时，预测精度更难保证。而且角度判稳的标准一般为统计值，其正确性缺乏理论证明。

较新的智能预测法采用模式识别、神经网络和模糊推理等人工智能手段以实现暂态稳定的快速预测。如文献[26]提出的决策树法通过对不同运行方式和不同故障的仿真计算，仅使用机组的内电势角度作为输入，针对不同训练机集组合构造多个决策树。文[27]提出一种基于模糊神经网络实时预测系统暂态稳定性的方案。但它采用PMU在故障切除后8个周波内的测量结果作为输入，输入数为发电机数的6倍，当系统规模较大时，训练过程非常困难。文献[28]提出基于模糊分类的径向基网络模型及算法，先利用无导师学习方法按照样本的特性，对输入