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解決方案:
開發基於NI CompactRIO硬件、NI LabVIEW和LabVIEW Real-Time模塊的高性能PMU。其中NI LabVIEW用於現場可編程門陣列( FPGA ) 級編程，以實現基於全球定位係統( GPS ) 時間基準的高精度時間同步，LabVIEW Real-Time模塊用於開發精確的同步相量估計算法。
由you被bei動dong式shi向xiang主zhu動dong式shi的de演yan變bian使shi配pei電dian網wang絡luo的de運yun行xing程cheng序xu發fa生sheng了le巨ju大da的de變bian化hua，尤you其qi是shi在zai實shi時shi監jian測ce網wang絡luo時shi。我wo們men需xu要yao使shi用yong先xian進jin的de智zhi能neng監jian測ce工gong具ju來lai快kuai速su可ke靠kao地di估gu計ji這zhe些xie網wang絡luo的de實shi時shi狀zhuang態tai。這zhe一yi領ling域yu最zui有you前qian景jing的de技ji術shu之zhi一yi就jiu是shi基ji於yuPMU的分布式監測。
同步相量估計算法均基於離散傅立葉變換( DFT ) 應用於代表網絡節點電壓和/或分支電流波形的準穩態信號。我們可以將這些基於DFT算法分成用於執行遞歸和非遞歸更新的單周期DFT估計函數和小數周期DFT估計函數。我們創建了一個DFT算法，使我們可以在主動式配電網絡中使用PMU，而且即使存在失真信號波形和機電暫態（即頻變信號），也可在特定範圍內保持同步相量的測量精度。
yushudianwangluoxiangbi，zhudongshipeidianwangluodetexingshixianluchangdujiaoduanheshudianliangyouxian。shiyongzongxiandianyatongbuxiangliangfangfalaipanduanwangluozhuangtaishi，zhelianggetexingjiushidezongxiandianyaxiangliangzhijiandexiangweichafeichangxiao（一般在幾十毫弧度或更低）。這些特性要求PMU設備具有遠低於IEEE C37.118規(gui)定(ding)限(xian)值(zhi)的(de)同(tong)步(bu)相(xiang)量(liang)相(xiang)位(wei)不(bu)確(que)定(ding)度(du)。配(pei)電(dian)網(wang)絡(luo)的(de)失(shi)真(zhen)電(dian)平(ping)遠(yuan)高(gao)於(yu)輸(shu)電(dian)網(wang)絡(luo)。此(ci)外(wai)，即(ji)使(shi)與(yu)主(zhu)輸(shu)電(dian)網(wang)絡(luo)隔(ge)離(li)，主(zhu)動(dong)式(shi)配(pei)電(dian)網(wang)絡(luo)也(ye)可(ke)以(yi)運(yun)行(xing)。因(yin)此(ci)進(jin)行(xing)隔(ge)離(li)和(he)重(zhong)新(xin)連(lian)接(jie)操(cao)作(zuo)時(shi)，PMU就為配電網運營提供很大的支持。但是由於額定網絡頻率偏差通常不可忽略，使用PMU來監測機電暫態可能會導致對同步相量相位和頻率的估計不正確。
同步相量估計算法
基於DFT的傳統同步相量估計算法通常直接對以幾千赫茲采樣的信號進行DFT，再根據DFT輸出執行同步相量測量。另一方麵，我們的算法雖然仍基於DFT，但采用的是一個兩步驟方法，其中第一個步驟是對輸入信號進行DFT分(fen)析(xi)，第(di)二(er)個(ge)步(bu)驟(zhou)是(shi)對(dui)與(yu)基(ji)頻(pin)信(xin)號(hao)對(dui)應(ying)的(de)重(zhong)構(gou)時(shi)域(yu)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)時(shi)域(yu)分(fen)析(xi)。第(di)一(yi)步(bu)的(de)獨(du)特(te)之(zhi)處(chu)在(zai)於(yu)它(ta)采(cai)用(yong)本(ben)文(wen)提(ti)出(chu)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)識(shi)別(bie)基(ji)頻(pin)信(xin)號(hao)。該(gai)算(suan)法(fa)在(zai)高(gao)采(cai)樣(yang)頻(pin)率(lv)下(xia)（例如，100千赫）可提供準確的結果。下麵簡要介紹一下同步相量估計算法。
同步相量估計算法包含以下三個步驟：
1. 在80 ms（即50 Hz四個周期）的時間窗口 (T) 內對三相電壓采樣，從UTC- GPS脈衝每秒（PPS）波前(通常為1或10 PPS)對應的時間開始。
2.將基頻信號重構為正弦信號，正弦信號的頻率為特定單一頻率窗口ΔF（也就是f0±ΔF，其中f0是指電網頻率的額定值）中某個值。我們使用LabVIEW Real-Time模塊和CompactRIO實時微控製器來實現這一步驟。
3.以重構的基頻信號波形為基準，估計同步相量的振幅、相位和頻率。我們使用LabVIEW Real-Time模塊和CompactRIO實時微控製器來實現這一步驟。
圖1zongjieleyongshangshuguochengsuohuodedexinhaofenxi。qizhongxudianxianbiaoshiyongyugujitongbuxiangliangdetongyongshizhenxinhao，lianxushixianbiaoshishiyuzhonggoudejipinxinhao，xuxianbiaoshiPPS信號。
PMU原型
我們在配備了3百萬門FPGA的NI CompactRIO嵌入式實時微控製器上實現同步相量估計算法。我們使用NI9215 C係列模塊，以±10 V的動態信號輸入和100 kHz的采樣頻率對電壓波形進行采樣。 UTC-GPS時間幀由時間同步不確定度為100 ns的S.E.A GPSIB移動模塊提供。我們使用NI9401數字I / O模塊作為計數器來執行PPS前上升沿（由GPS裝置提供）和數字化波形的第一個采樣之間的測量。
FPGA將PPS的數量發送給GPS設備，GPS設備生成PPS信號發送到NI9215和NI9401。這些連接觸發啟動PPS前沿（持續時間與觀測時窗T相對應）對應的波形采樣。同時，發送到NI 9401模塊的PPS前沿觸發FPGA計數器開始以FPGA時鍾頻率運行，對於係統所采用的硬件，FPGA時鍾頻率為40 MHz。該計數器在采樣波形的第一個采樣處停止運行，進行計算（參見圖1）。然後采樣數據以及GPS時間標記插入到DMA FIFO存儲器，並由實時微控製器進行檢索，以執行同步相量估計算法。 PPS的數量對應於每秒同步相量估計的數量。
PMU實驗表征和結論
實驗表征以具有頻率恒定的頻譜分量的周期信號為基準。我們將NI PXI機箱連接至NI PXI任意波形發生器、NI PXI定時和同步模塊、NI PXI高精度數據采集模塊以及NI PXI高性能嵌入式控製器，生成一個基準信號。我們分析了兩種情況：單音信號（50赫茲）和失真信號。對於失真的信號，我們生成的基準信號的頻譜分量等於標準EN50160規定的限值。表1總結了PMU的不確定性，證明所開發的設備可兼容主動式配電網絡應用的要求。
以下是一個較為完整的實驗表征描述，表明了PMU原型的性能不會受到頻率不斷變化的信號的影響，頻率不斷變化的信號代表緩慢的機電暫態。
表1：以穩態條件為基準，PMU原型的誤差分布平均值和標準方差：單音信號和失真信號
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