PMU构成及原理

同步相量测量装置PhasorMeasurementUnit(PMU)PhasorMonitorUnit(PMU)A1//t南京南瑞集团公司主讲人：徐石明高级工程师138051872382PMU主站A1//t3内容介绍1.PMU国内外概况2.PMU主要功能3.PMU工作原理4.PMU关键技术5.PMU应用介绍6.PMU测试介绍7.问题讨论4PMU国内外概况5国内外概况应用背景1：经济及电力发展的需求1)全球经济一体化；能源分布和经济发展的不平衡;电网互联运行的巨大效益使大电网互联、跨国联网输电的趋势不断发展。2)电网互联产生电网稳定运行问题日益突出,提出构建WAMS系统（WideAreaMeasurementSystem）．目前国内大多数将其作为除保护／安控装置外的第三道防线;3)系统稳定按性质可分为三种：功角稳定、电压稳定和频率稳定。本系统可为功角稳定提供最直接的原始数据。6应用背景2：美国等西方国家的大停电1)由于没有有效的监视手段,导致了美国8.14大停电2)我国电网规模越来越大,需应对措施应用背景3：世界技术的发展使得该项目成为可能1）高速计算机及数据管理计算机计算速度大幅度提高,商用数据库越来越成熟.2）高精度GPS微秒级误差3）高速广域通信技术100M以上以太网4）稳定成熟的应用算法如EEAC算法已经成功应用于发达国家的电力系统稳定预警.国内外概况7WAMS技术发展状况国内外概况主站通信子站81）高速计算机及数据管理：（1）单一计算机的计算速度大幅度提高（2）并行计算技术（3）数据库管理技术（PI数据库）（4）1G网络传输（5）海量存储器2）高精度GPS（1）GPS模块本身的时间精度达到0.1us（2）各个厂商的守时技术达到50us/2-10小时93）成熟的PMU技术（1）各个厂商的PMU已经在变电站／电厂广泛使用，并在内电势测量技术方面取得很好的进展（2）国内的PMU性能优于国外的PMU4）高速广域通信技术100M／1000M数据网建设成为电力公司通信的建设目标105）稳定成熟的主站系统（1）WAMS单一系统的动态监视（2）基于WAMS、保护系统、SCADA的（动／稳／暂态）三态数据整合及故障分析（华东）（3）基于EEAC（南瑞薛禹胜）算法的在线预防决策及控制。通过计算获得系统惯性中心（虚拟）的参考相量，从而可计算出任何点对系统惯性中心的功角，从而判断功角稳定并实施在线切机／切负荷（江苏WAMAP）116）也有设想利用WAMS技术来构建广域保护系统（如：美国西部电网继电保护委员会提出）12国内外主要PMU制造商Rochestor（TR-2000）Macrodyne（1690）SEL（SEL-421）ArbiterSystems（1133A）ABB（RES521）电科院（ADX3000／PAC-2000）四方（CSS-200）南瑞（SMU-1）国内外概况13PMU设计思路比较功能实现方式相量测量+故障录波（多）相量测量+电能质量（多）相量测量+继电保护（多)相量测量+RTU（少）硬件设计方式嵌入式采集（可靠性高）（多）计算机插板（可靠性受制于计算机及WIN软件）（少）通信实现方式RS232(少）10/100M以太网（多）国内外概况14PMU主要技术指标及国内外比较国外国内开关分辨率0.1ms0.1ms模拟精度0.1%0.1%A/D位数1616采样点/周384200对时GPS/1usGPS/1us通信10M*110/100M*3功能非单一单一相量刷新速度25/S100/S多线路测量1-2线路/单元8条线路/单元发电机键相测量无有国内外概况15PMU主要参考文件1、IEEEstd1344（1995）2、EPRI：PC37.1183、电力系统实时动态监测系统技术规范(送审中）4、行业检测标准（制定中）国内外概况16PMU主要功能171、同步相量测量(1)测量变电站每条线路三相电压、三相电流、开关量，通过计算获得：a.A相电压同步相量Ua/Фua;b.B相电压同步相量Ub/Фub；c.C相电压同步相量Uc/Фuc；d.正序电压同步相量U1/Фu1；e.A相电流同步相量Ia/Фia；f.B相电流同步相量Ib/Фib；g.C相电流同步相量Ic/Фic；h.正序电流同步相量I1/Фi1；i.开关量18(2)测量发电机机端三相电压、三相电流、开关量、转轴键相信号，通过计算可获得以下数据：a.机端A相电压同步相量Ua/Фua;b.机端B相电压同步相量Ub/Фub；c.机端C相电压同步相量Uc/Фuc；d.机端正序电压同步相量U1/Фu1；e.机端A相电流同步相量Ia/Фia；f.机端B相电流同步相量Ib/Фib；g.机端C相电流同步相量Ic/Фic；h.机端正序电流同步相量I1/Фi1；i.内电势同步相量ε/Ф(ε);j.发电机功角δ；k.开关量19(3)同步测量励磁电流／砺磁电压，用于分析机组的砺磁特性(4)同步AGC控制信号，用于分析AGC控制响应特性(5)获取高精度的时间信号202、判别并获取事件标识1）下列情况建立事件标识：a）频率越限；b)频率变化率越限；c)幅值越上限，包括正序电压、正序电流、负序电压、负序电流、零序电压、零序电流、相电压、相电流越上限等；d)幅值越下限，包括正序电压、相电压越下限等；e)线性组合，包括线路功率振荡等；f)相角差，即发电机功角越限。212）当装置监测到继电保护或/和安全自动装置跳闸输出信号（空接点）或接到手动记录命令时应建立事件标识，以方便用户获取对应时段的动态数据。3）当同步时钟信号丢失、异常以及同步时钟信号恢复正常时，装置应建立事件标识。223、广域启动或扰动启动录波(1)具备暂态录波功能。用于记录瞬时采样的数据的输出格式符合ANSI/IEEEPC37.111-1991（COMTRADE）的要求；(2)具有全域启动命令的发送和接收，以记录特定的系统扰动数据；(3)可以以IEC60870-5-103或FTP的方式和主站交换定值及故障数据；4、就地数据管理及显示(1)装置的参数当地整定；(2)装置的测量数据可以在计算机界面上显示出来235、同步相量数据传输装置根据通信规约将同步相量数据传输到主站，传输的通道根据实际情况而定，如：2M／10M／100M／64K／Modem等，传输通信链路一般采用TCP/IP。6、与当地监控系统交换数据装置提供通信接口用于和励磁系统、AGC系统、电厂监控系统等进行数据交换。7、数据存储存储暂态录波数据；存储实时同步相量数据（14天）2.4G/(1天，48路）24同步相量及计算PMU测量硬件PMU测量软件PMU构成单元及配置PMU安装及通信模式PMU工作原理25构造一个复函数)j(e2)(tItA对A(t)取实部i(t)ΨtItA)cos(2)](Re[对于任意一个正弦时间函数都有唯一与其对应的复数函数)sin(2j)cos(2ΨtItI无物理意义是一个正弦量有物理意义同步相量及计算1、正弦函数与复函数26)j(2)()(c2ΨtIetAΨtosIitteIItAjj2ee2)(j复常数,,jj为旋转相量为旋转因子为相量其中tteIeI2、向量／相量／矢量／旋转矢量／旋转相量ω=2πfI相量为唯一矢量，随着时间变化，相量以ω的速度旋转，形成旋转相量，但从nT0的时间点看，相量一直不变27ωUω00U1、如果以ω0为参考旋转矢量，则当ω＝ω0时，U旋转相量等于静止不动2、但此方法定义的绝对相量违背同步相量的定义3、当ω不等于ω0时，U相量仍然旋转28)cos(2)(ΨIIΨtIti)cos(2)(θUUθtUtu相量的模表示正弦量的有效值相量的幅角表示正弦量的初相位同样可以建立正弦电压／电流与相量的对应关系：对应的相量为正弦量称i(t)ΨII)cos(2)(θIIθtIti3、相量的意义及U/I相量291PPSt1、以1PPS为时间参考点（0）2、以t=n*T0为相量观察点(T0=10/20/30/40/50ms)3、角度＝采样数据窗第一点nT0的角度［nT0，nT0+T0)4、每一观察点的相量称为同步相量4、同步相量定义30Vmt=0(1PPS)Vmt=0(1PPS)signalx(t)0度-90度3132AAPPS1t5、PMU与其他装置的测量不同uumUmtfCOSUU/)***2(*2*iimUmtfCOSII/)***2(*2*iummIURTU－、、iummIURELAY－、、tIUiuFRmm、、、、tIUiuPMUiumm、、、、、、33tf***2*2dt*dfd2)0(**2**2dtd2ffdf6、同步相量角度与t/f的关系34fnn2/)2()(t0m000000)(222)(2TnfkfnfkTtkTfmsU为最大值的时间点为tm(n)，（n=…,-2,-1,0,1,2,3,4,5,…）/)***2(*2*AtfCOSAUtf***2当观察点为kT0时，根据同步相量定义计算出同步相量为:7、不同观察点的同步相量角度35knknknknknknknkn0+0/801+0/812+0/823+0/834+0/845+0/856+0/867+0/870+1/801+1/812+1/823+1/834+1/845+1/856+1/867+1/870+2/801+2/812+2/823+2/834+2/845+2/856+2/867+2/870+3/801+3/812+3/823+3/834+3/845+3/856+3/867+3/870+4/801+4/812+4/823+4/834+4/845+4/856+4/867+4/870+5/801+5/812+5/823+5/834+5/845+5/856+5/867+5/870+6/801+6/812+6/823+6/834+6/845+6/856+6/867+6/870+7/801+7/812+7/823+7/834+7/845+7/856+7/867+7/87361）假设，则在任何时刻永久不变0s0ff372）观察点为3周波点(60ms)000000000观察点Kn同步相量同步相量f=f000013126239341245155618672170001*)3(2Tff0002*)3(2Tff0003*)3(2Tff0004*)3(2Tff0006*)3(2Tff0007*)3(2Tff0005*)3(2Tff383）观察点为2周波点(40ms)000000000观察点Kn同步相量同步相量f=f00001212423634845105612671470001*)2(2Tff0002*)2(2Tff0003*)2(2Tff0004*)2(2Tff0005*)2(2Tff0006*)2(2Tff0007*)2(2Tff394）观察点为整周波点(20ms)00001*)(2Tff0002*)(2Tff0003*)(2Tff0004*)(2Tff0005*)(2Tff0006*)(2Tff0007*)(2Tff00000000观察点kn同步相量同步相量f=f0000111222333444555666777405）观察点为0.5*整周波点(10ms)000000)01(Tff00001*)(2Tff0000)23(Tff0002*)(2Tff0000)45(Tff0003*)(2Tff0000)67(