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同步相量测量装置(PMU)技术介绍主要内容一、PMU及动态监测系统的技术背景二、同步相量测量基础三、PMU的功能及作用第一节PMU及动态监测系统的技术背景技术背景传统的电力系统监测手段主要有侧重于记录电磁暂态过程的各种故障录波仪和侧重于监测系统稳态运行情况的SCADA系统。但都存在不足：传统的故障录波器只能记录故障前后几秒的暂态波形，由于数据量大，难以全天候保存，而且不同地点之间缺乏准确的共同时间标记，记录数据只是局部有效，难以用于对全系统动态行为的分析。SCADA大约提供4秒刷新一次的稳态数据，对电网的动态状态预测、低频振荡、故障分析等几乎不能提供任何帮助。因此，电力学术界提出“同步相量测量理论”和“实时动态监测系统”来解决这一问题。在电力系统重要的变电站和发电厂安装同步相量测量装置（PMU），构建电力系统实时动态监测系统，并通过调度中心分析中心站实现对电力系统动态过程的监测和分析。该系统将成为电力系统调度中心的动态实时数据平台的主要数据源，并逐步与SCADA/EMS系统及安全自动控制系统相结合，以加强对电力系统动态安全稳定的监控。动态监测技术出现的背景实时动态监测系统的定位频率越限系统功角越限稳定预测控制低频振荡、在线扰动短路故障稳态运行SCADA/EMS保护/故障录波电力系统实时动态监测系统（响应时间）0.001S0.01S0.1S1S10S100S1000S技术背景应用的需求：1)美国等西方国家的大停电，由于没有有效的电网动态监视手段,导致了美国8.14大停电2)我国电网规模越来越大,需应对措施技术的可能：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.高精度GPS微秒级误差高速广域通信技术100M以上以太网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.技术背景国内外PMU的发展历史及应用状况1、国外：90年代初期，已有简单的基于GPS的正序电压相角测量装置；90年代末，已有PMU监控系统在现场运行，如美国电力科学研究协会（EPRI）在乔治亚、佛罗里达、田纳西、纽约、邦纳维尔电管局（BPA）、加里佛尼亚等，安装了数量不等的PMU，少则2台，多则十台，用以研究电力系统在各种故障条件下的动态行为，并研究相角数据的实时传递和处理等。法国、英国、加拿大、日本等国目前都有PMU装置在实时运行。1995年推出标准：IEEEStd1344-1995IEEEStandardforSynchrophasorsforPowerSystems，2001年推出该标准的修订版。(Arbiter公司的1133A)2、国内：90年代中期，国内的一些高校和研究机构开始研究相角测量装置（大部分为正序相角，每秒1次上送），并有部分投入试运行。目前台湾欧华公司与电科院系统所合作，推出ADX3000型PMU，在华东电网、西北电网、台湾岛电网中有应用。（以后出现PAC2000、SMU系列、CSS-200等等)2003年2月，国家电力调度通信中心在北京开会，制定电力系统实时动态监测系统技术规范（试行），并作为三峡（左岸）电力系统实时动态监测系统项目的主要技术规范。（2006年4月国家电网公司正式发布）华东电网的WAMAP将于2006年10月试运行。技术背景行业标准•IEEE1344-1995(R2001)：IEEEStandardforSynchrophasorsforPowerSystems;•EPRI：PC37.118-2005•《电力系统实时动态监测系统技术规范》:国调中心03年2月第1稿，04、05年修改稿,国家电网公司06年4月正式发布；技术背景国家电网公司关于“十一五”期间加强电网调度工作的意见：1）全面加强“十一五”期间电网调度工作，要从加强基础建设、规范完善制度入手，立足科学管理，着力开拓创新，完善管理机制，强化保障作用。必须围绕电网的安全、优质、经济运行，以“三个提高”为基础，以“两个规范”为手段，努力建设好“三个重点领域”，为建设“一强三优”现代公司和促进电力工业持续、快速、协调发展做出贡献。2）“三个提高”即提高调度队伍素质、提高自动化水平、提高智能化水平；“两个规范”即规范电网调度技术路线和模式、规范电网调度（交易）机构设置；“三个重点领域”即重点保证特大特高压交直流混合系统安全稳定运行、重点建设三级电力市场体系、重点建设电网动态安全监测预警系统。3）建设电网动态安全监测预警系统。整合能量管理（EMS）、离线方式计算、广域相量测量等系统，实现在线安全分析和安全预警，先期在国家电力调度通信中心组织实施，并逐步推广到网省调，以提高互联电网的安全稳定水平，有效预防电网事故，构筑电网安全防御体系。4）各网省公司要按照统一规划和部署，在330千伏及以上主网架和网内主力电厂部署相量测量装置（PMU），实现国家、区域、省三级广域相量测量系统的联网，提高电网动态测量水平技术背景国网公司对PMU的布点工作极为重视第二节同步相量测量装置基础广域测量系统的组成1）相量测量装置PhasorMeasurementUnit(PMU)用于进行同步相量的测量和输出以及进行动态记录的装置。PMU的核心特征包括基于标准时钟信号的同步相量测量、失去标准时钟信号的守时能力、PMU与主站之间能够实时通信并遵循有关通信协议。2）数据集中器DataConcentrator（DC）用于站端数据接收和转发的通讯装置。能够同时接收多个通道的测量数据，并能实时向多个通道转发测量数据。3）子站Substation安装在同一发电厂或变电站的相量测量装置和数据集中器的集合。子站可以是单台相量测量装置，也可以由多台相量测量装置和数据集中器构成。一个子站可以同时向多个主站传送测量数据。4）主站mainstation安装在电力系统调度中心，用于接收、管理、存储、分析、告警、决策和转发动态数据的计算机系统。5）电力系统实时动态监测系统realtimepowersystemdynamicmonitoringsystem基于同步相量测量以及现代通信技术，对地域广阔的电力系统动态过程进行监测和分析的系统。广域测量系统的组成PMUPMUPMUPMU子站/数据集中器子站/数据集中器主站（分析中心站）主站……PMU的装设点：大型发电厂、联络线落点、重要负荷联接点、HVDC或SVC(无功补偿器)等控制系统。动态监测系统电力系统实时动态监测系统结构体系图广域动态信息监测分析保护控制系统（WAMAP：WideAreaMonitoringAnalysisProtection-control）WAMAP数据平台市场EMS保护其他PMUPMUPMU数据通讯第三节同步相量测量装置的功能及作用a、装置应具备同时向主站传送实时监测数据的能力。b、装置应能接受多个主站的召唤命令，传送部分或全部测量通道的实时监测数据。c、装置实时监测数据的输出速率应可以整定，在电网正常运行期间应具有多种可选输出速率，但最低输出速率不低于1次/秒。在电网故障或特定事件期间，装置应具备按照最高或设定记录速率进行数据输出的能力。d、装置实时监测数据的输出时延（相量时标与数据输出时刻之时间差）应不大于30ms。一、实时监测功能PMU的主要功能a、装置应能实时记录全部测量通道的相量数据。b、装置实时记录数据的最高速率应不低于100次/秒，并具有多种可选记录速率。c、装置实时记录数据的保存时间应不少于14天。d、当电力系统发生频率越限、频率变化率越限、相电压越限、正序电压越限、相电流越限、正序电流越限、线路低频振荡、相角差越限等事件时，装置应能建立事件标识，以方便用户获取事件发生时段的实时记录数据。e、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实时记录数据。f、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。二、实时记录功能PMU的主要功能PMU的重要性PMU装置对电网安全监测具有重要意义►PMU是WAMS/WAMAP系统的基础►PMU可为电网的安全提供丰富的数据源►正常运行的实时监测数据►小扰动情况下的离线数据记录►大扰动情况下的录波数据记录1）进行快速的故障分析在PMU系统实施以前，对广域范围内的故障事故分析，由于不同地区的时标问题，进行故障分析时，迅速地寻找故障点分析事故原因比较困难，需要投入较大的人力物力。通过PMU实时记录的带有精确时标的波形数据对事故的分析提供有力的保障。同时通过其实时信息，可实现在线判断电网中发生的各种故障以及复杂故障的起源和发展过程，辅助调度员处理故障；给出引起大量报警的根本原因，实现智能告警。PMU的用途2）捕捉电网的低频振荡电网的低频振荡的捕捉是PMU装置的一个重要功能。通过传统的SCADA系统分析低频振荡，由于其数据通讯的刷新速度为秒级，不能够很可靠的判断出系统的振荡情况。基于PMU高速实时通讯（每秒可高达100HZ数据）可较快地获取系统运行信息。PMU的用途3）实时测量发电机功角信息发电机功角是发电机转子内电势与定子端电压或电网参考点母线电压正序相量之间的夹角，是表征电力系统安全稳定运行的重要状态变量之一，是电网扰动、振荡和失稳轨迹的重要记录数据。PMU的用途4）分析发电机组的动态特性及安全峪度分析通过PMU装置高速采集的发电机组励磁电压、励磁电流、气门开度信号、AGC控制信号、PSS控制信号等，可分析出发电机组的动态调频特性，进行发电机的安全峪度分析，为分析发电机的动态过程提供依据。监测发电机进相、欠励、过励等运行工况，异常时报警。绘制发电机运行极限图，根据实时测量数据确定发电机的运行点，实时计算发电机运行裕度，在异常运行时告警。PMU的用途1、同步相量测量(1)测量线路三相电压、三相电流、开关量，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PMU功能应用(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、励磁信号、气门开度信号、AGC、AVC、PSS等信号。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PMU功能及作用(3)同步测量励磁电流／励磁电压，用于分析机组的励磁特性(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PMU功能应用2、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。３、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PMU功能应用4、扰动数据记录(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；5、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。6、数据存储存储暂态录波数据；存储实时同步相量数据。PMU功能应用时钟模块交流电流／电压以太网输出主CPU＋DSP板上时钟外部GPS内部GPS电缆1PPS光纤1PPS开关量信号显示／键盘PMU测量硬件发电机转轴信号4-20mA信号PMU的硬件结构框图GPS接收模块同步信