1、同步相量測量裝置(PMU)技術(shù)介紹,主要內(nèi)容 一、 PMU及動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)背景 二、同步相量測量基礎(chǔ) 三、PMU的功能及作用,第一節(jié) PMU及動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)背景,技術(shù)背景,傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)監(jiān)測手段主要有側(cè)重于記錄電磁暫態(tài)過程的各種故障錄波儀和側(cè)重于監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行情況的SCADA系統(tǒng)。 但都存在不足：傳統(tǒng)的故障錄波器只能記錄故障前后幾秒的暫態(tài)波形，由于數(shù)據(jù)量大，難以全天候保存，而且不同地點之間缺乏準確的共同時間標記，記錄數(shù)據(jù)只是局部有效，難以用于對全系統(tǒng)動態(tài)行為的分析。 SCADA大約提供4秒刷新一次的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，對電網(wǎng)的動態(tài)狀態(tài)預測、低頻振蕩、故障分析等幾乎不能提供任何幫助。 因此，電力

2、學術(shù)界提出“同步相量測量理論”和“實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)”來解決這一問題。 在電力系統(tǒng)重要的變電站和發(fā)電廠安裝同步相量測量裝置（PMU），構(gòu)建電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，并通過調(diào)度中心分析中心站實現(xiàn)對電力系統(tǒng)動態(tài)過程的監(jiān)測和分析。該系統(tǒng)將成為電力系統(tǒng)調(diào)度中心的動態(tài)實時數(shù)據(jù)平臺的主要數(shù)據(jù)源，并逐步與SCADA/EMS系統(tǒng)及安全自動控制系統(tǒng)相結(jié)合，以加強對電力系統(tǒng)動態(tài)安全穩(wěn)定的監(jiān)控。,動態(tài)監(jiān)測技術(shù)出現(xiàn)的背景,實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的定位,頻率越限,系統(tǒng)功角越限,穩(wěn)定預測控制,低頻振蕩、在線擾動,短路故障,穩(wěn)態(tài)運行,SCADA/EMS,保護/故障錄波,電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),（響應時間）,0.001S 0.01

3、S 0.1S 1S 10S 100S 1000S,技術(shù)背景,應用的需求： 1)美國等西方國家的大停電，由于沒有有效的電網(wǎng)動態(tài)監(jiān)視手段,導 致了美國8.14大停電 2)我國電網(wǎng)規(guī)模越來越大,需應對措施 技術(shù)的可能： 高速計算機及數(shù)據(jù)管理 計算機計算速度大幅度提高,商用數(shù)據(jù)庫越來越成熟. 高精度GPS 微秒級誤差 高速廣域通信技術(shù) 100M以上以太網(wǎng) 穩(wěn)定成熟的應用算法 如EEAC算法已經(jīng)成功應用于發(fā)達國家的電力系統(tǒng)穩(wěn)定預警.,技術(shù)背景,國內(nèi)外PMU的發(fā)展歷史及應用狀況,1、國外：90年代初期，已有簡單的基于GPS的正序電壓相角測量裝置；90年代末，已有PMU監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)場運行，如美國電力科學研究

4、協(xié)會（EPRI）在喬治亞、佛羅里達、田納西、紐約、邦納維爾電管局（BPA）、加里佛尼亞等，安裝了數(shù)量不等的PMU，少則2臺，多則十臺，用以研究電力系統(tǒng)在各種故障條件下的動態(tài)行為，并研究相角數(shù)據(jù)的實時傳遞和處理等。法國、英國、加拿大、日本等國目前都有PMU裝置在實時運行。 1995年推出標準：IEEE Std 1344-1995 IEEE Standard for Synchrophasors for Power Systems，2001年推出該標準的修訂版。 (Arbiter公司的1133A) 2、國內(nèi)：90年代中期，國內(nèi)的一些高校和研究機構(gòu)開始研究相角測量裝置（大部分為正序相角，每秒1次上送

5、），并有部分投入試運行。目前臺灣歐華公司與電科院系統(tǒng)所合作，推出ADX3000型PMU，在華東電網(wǎng)、西北電網(wǎng)、臺灣島電網(wǎng)中有應用。（以后出現(xiàn) PAC2000、SMU系列、CSS-200等等) 2003年2月，國家電力調(diào)度通信中心在北京開會，制定，并作為三峽（左岸）電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)項目的主要技術(shù)規(guī)范。 （2006年4月國家電網(wǎng)公司正式發(fā)布） 華東電網(wǎng)的WAMAP將于2006年10月試運行。,技術(shù)背景,行業(yè)標準 IEEE1344-1995(R2001)：IEEE Standard for Synchrophasors for Power Systems; EPRI：PC37.118-200

6、5 電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范:國調(diào)中心03年2月第1稿，04、05年修改稿,國家電網(wǎng)公司06年4月正式發(fā)布；,技術(shù)背景,國家電網(wǎng)公司關(guān)于“十一五”期間加強電網(wǎng)調(diào)度工作的意見：,1）全面加強“十一五”期間電網(wǎng)調(diào)度工作，要從加強基礎(chǔ)建設(shè)、規(guī)范完善制度入手，立足科學管理，著力開拓創(chuàng)新，完善管理機制，強化保障作用。必須圍繞電網(wǎng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行，以“三個提高”為基礎(chǔ)，以“兩個規(guī)范”為手段，努力建設(shè)好“三個重點領(lǐng)域”，為建設(shè)“一強三優(yōu)”現(xiàn)代公司和促進電力工業(yè)持續(xù)、快速、協(xié)調(diào)發(fā)展做出貢獻。 2）“三個提高”即提高調(diào)度隊伍素質(zhì)、提高自動化水平、提高智能化水平；“兩個規(guī)范”即規(guī)范電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)路線和

7、模式、規(guī)范電網(wǎng)調(diào)度（交易）機構(gòu)設(shè)置；“三個重點領(lǐng)域”即重點保證特大特高壓交直流混合系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行、重點建設(shè)三級電力市場體系、重點建設(shè)電網(wǎng)動態(tài)安全監(jiān)測預警系統(tǒng)。 3）建設(shè)電網(wǎng)動態(tài)安全監(jiān)測預警系統(tǒng)。整合能量管理（EMS）、離線方式計算、廣域相量測量等系統(tǒng)，實現(xiàn)在線安全分析和安全預警，先期在國家電力調(diào)度通信中心組織實施，并逐步推廣到網(wǎng)省調(diào)，以提高互聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平，有效預防電網(wǎng)事故，構(gòu)筑電網(wǎng)安全防御體系。 4）各網(wǎng)省公司要按照統(tǒng)一規(guī)劃和部署，在330千伏及以上主網(wǎng)架和網(wǎng)內(nèi)主力電廠部署相量測量裝置（PMU），實現(xiàn)國家、區(qū)域、省三級廣域相量測量系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，提高電網(wǎng)動態(tài)測量水平,技術(shù)背景,國網(wǎng)公司對

8、PMU的布點工作極為重視,第二節(jié) 同步相量測量裝置基礎(chǔ),廣域測量系統(tǒng)的組成,1）相量測量裝置 Phasor Measurement Unit (PMU) 用于進行同步相量的測量和輸出以及進行動態(tài)記錄的裝置。 PMU的核心特征包括基于標準時鐘信號的同步相量測量、失去標準時鐘信號 的守時能力、PMU與主站之間能夠?qū)崟r通信并遵循有關(guān)通信協(xié)議。,2）數(shù)據(jù)集中器 Data Concentrator（DC） 用于站端數(shù)據(jù)接收和轉(zhuǎn)發(fā)的通訊裝置。能夠同時接收多個通道的測量數(shù)據(jù)，并能 實時向多個通道轉(zhuǎn)發(fā)測量數(shù)據(jù)。,3）子站 Substation 安裝在同一發(fā)電廠或變電站的相量測量裝置和數(shù)據(jù)集中器的集合。子站可以

9、是單臺相量測量裝置，也可以由多臺相量測量裝置和數(shù)據(jù)集中器構(gòu)成。一個子站可以同時向多個主站傳送測量數(shù)據(jù)。,4）主站 main station 安裝在電力系統(tǒng)調(diào)度中心，用于接收、管理、存儲、分析、告警、決策和轉(zhuǎn) 發(fā)動態(tài)數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)。,5）電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng) real time power system dynamic monitoring system 基于同步相量測量以及現(xiàn)代通信技術(shù)，對地域廣闊的電力系統(tǒng)動態(tài)過程進行 監(jiān)測和分析的系統(tǒng)。,廣域測量系統(tǒng)的組成,PMU,PMU,PMU,PMU,子站 / 數(shù)據(jù)集中器,子站 / 數(shù)據(jù)集中器,主站（分析中心站）,主站,PMU的裝設(shè)點：大型發(fā)電廠、

10、聯(lián)絡(luò)線落點、重要負荷聯(lián)接點、HVDC或SVC(無功補償器)等控制系統(tǒng)。,動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系圖,廣域動態(tài)信息監(jiān)測分析保護控制系統(tǒng)（WAMAP：Wide Area Monitoring Analysis Protection-control）,WAMAP 數(shù)據(jù)平臺,市場,EMS,保護,其他,PMU,PMU,PMU,數(shù)據(jù)通訊,第三節(jié) 同步相量測量裝置的功能及作用,a、 裝置應具備同時向主站傳送實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的能力。 b、 裝置應能接受多個主站的召喚命令，傳送部分或 全部測量通道的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。 c、 裝置實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的輸出速率應可以整定，在電網(wǎng)正常運行期間應具有多種可選輸出

11、速率，但最低輸出速率不低于1次/秒。在電網(wǎng)故障或特定事件期間，裝置應具備按照最高或設(shè)定記錄速率進行數(shù)據(jù)輸出的能力。 d、 裝置實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的輸出時延（相量時標與數(shù)據(jù)輸出時刻之時間差）應不大于30ms。,一、實時監(jiān)測功能,PMU的主要功能,a、 裝置應能實時記錄全部測量通道的相量數(shù)據(jù)。 b、 裝置實時記錄數(shù)據(jù)的最高速率應不低于100次/秒，并具有多種可選記錄速率。 c、 裝置實時記錄數(shù)據(jù)的保存時間應不少于14天。 d、當電力系統(tǒng)發(fā)生頻率越限、頻率變化率越限、相電壓越限、正序電壓越限、相電流越限、正序電流越限、線路低頻振蕩、相角差越限等事件時，裝置應能建立事件標識，以方便用戶獲取事件發(fā)生時段的實時

12、記錄數(shù)據(jù)。 e、當裝置監(jiān)測到繼電保護或/和安全自動裝置跳閘輸出信號（空接點）或接到手動記錄命令時應建立事件標識，以方便用戶獲取對應時段的實時記錄數(shù)據(jù)。 f、 當同步時鐘信號丟失、異常以及同步時鐘信號恢復正常時， 裝置應建立事件標識。,二、實時記錄功能,PMU的主要功能,PMU的重要性,PMU裝置對電網(wǎng)安全監(jiān)測具有重要意義, PMU是WAMS/WAMAP系統(tǒng)的基礎(chǔ), PMU可為電網(wǎng)的安全提供豐富的數(shù)據(jù)源,正常運行的實時監(jiān)測數(shù)據(jù),小擾動情況下的離線數(shù)據(jù)記錄,大擾動情況下的錄波數(shù)據(jù)記錄,1）進行快速的故障分析 在PMU系統(tǒng)實施以前，對廣域范圍內(nèi)的故障事故分析，由于不同地區(qū)的時標問題，進行故障分析時，

13、迅速地尋找故障點分析事故原因比較困難，需要投入較大的人力物力。通過PMU實時記錄的帶有精確時標的波形數(shù)據(jù)對事故的分析提供有力的保障。同 時通過其實時信息，可實現(xiàn)在線判斷電網(wǎng)中發(fā)生的各種故障以及復雜故障的起源和發(fā)展過程，輔助調(diào)度員處理故障；給出引起大量報警的根本原因，實現(xiàn)智能告警。,PMU的用途,2）捕捉電網(wǎng)的低頻振蕩,電網(wǎng)的低頻振蕩的捕捉是PMU裝置的一個重要功能。通過傳統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)分析低頻振蕩，由于其數(shù)據(jù)通訊的刷新速度為秒級，不能夠很可靠的判斷出系統(tǒng)的振蕩情況?；赑MU高速實時通訊（每秒可高達100HZ數(shù)據(jù)）可較快地獲取系統(tǒng)運行信息。,PMU的用途,3）實時測量發(fā)電機功角信息,發(fā)電機

14、功角是發(fā)電機轉(zhuǎn)子內(nèi)電勢與定子端電壓或電網(wǎng)參考點母線電壓正序相量之間的夾角，是表征電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要狀態(tài)變量之一，是電網(wǎng)擾動、振蕩和失穩(wěn)軌跡的重要記錄數(shù)據(jù)。,PMU的用途,4）分析發(fā)電機組的動態(tài)特性及安全峪度分析,通過PMU裝置高速采集的發(fā)電機組勵磁電壓、勵磁電流、氣門開度信號、AGC控制信號、PSS控制信號等，可分析出發(fā)電機組的動態(tài)調(diào)頻特性，進行發(fā)電機的安全峪度分析，為分析發(fā)電機的動態(tài)過程提供依據(jù)。監(jiān)測發(fā)電機進相、欠勵、過勵等運行工況，異常時報警。繪制發(fā)電機運行極限圖，根據(jù)實時測量數(shù)據(jù)確定發(fā)電機的運行點，實時計算發(fā)電機運行裕度，在異常運行時告警。,PMU的用途,1、同步相量測量 (1)

15、測量線路三相電壓、三相電流、開關(guān)量，計算獲得：,A相電壓同步相量Ua/ua; B相電壓同步相量Ub/ub ； C相電壓同步相量Uc/uc ； 正序電壓同步相量U1/u1 ； A相電流同步相量Ia/ia ； B相電流同步相量Ib/ib ； C相電流同步相量Ic/ic ； 正序電流同步相量I1/i1 ； 開關(guān)量,PMU功能應用,(2)測量發(fā)電機機端三相電壓、三相電流、開關(guān)量、轉(zhuǎn)軸鍵相信號、勵磁信號、氣門開度信號、AGC、AVC、PSS等信號。,機端A相電壓同步相量Ua/ua; 機端B相電壓同步相量Ub/ub ； 機端C相電壓同步相量Uc/uc ； 機端正序電壓同步相量U1/u1 ； 機端A相電流同

16、步相量Ia/ia ； 機端B相電流同步相量Ib/ib ； 機端C相電流同步相量Ic/ic ； 機端正序電流同步相量I1/i1 ； 內(nèi)電勢同步相量/(); 發(fā)電機功角 ； 開關(guān)量,PMU功能及作用,(3)同步測量勵磁電流勵磁電壓，用于分析機組的勵磁特性 (4)同步AGC控制信號，用于分析AGC控制響應特性 (5)獲取高精度的時間信號,PMU功能應用,2、同步相量數(shù)據(jù)傳輸 裝置根據(jù)通信規(guī)約將同步相量數(shù)據(jù)傳輸?shù)街髡?，傳輸?shù)耐ǖ栏鶕?jù)實際情況而定，如：2M10M100M64KModem等，傳輸通信鏈路一般采用TCP/IP。,、就地數(shù)據(jù)管理及顯示 (1)裝置的參數(shù)當?shù)卣ǎ?(2)裝置的測量數(shù)據(jù)可以在計算

17、機界面上顯示出來,PMU功能應用,4、擾動數(shù)據(jù)記錄 (1)具備暫態(tài)錄波功能。用于記錄瞬時采樣的數(shù)據(jù)的輸出格式符合ANSI/IEEE PC37.111-1991（COMTRADE）的要求； (2)具有全域啟動命令的發(fā)送和接收，以記錄特定的系統(tǒng)擾動數(shù)據(jù)； (3)可以以IEC60870-5-103或FTP的方式和主站交換定值及故障數(shù)據(jù)；,5、與當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)交換數(shù)據(jù) 裝置提供通信接口用于和勵磁系統(tǒng)、AGC系統(tǒng)、電廠監(jiān)控系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)交換。,6、數(shù)據(jù)存儲 存儲暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)；存儲實時同步相量數(shù)據(jù)。,PMU功能應用,時 鐘 模 塊,交流電流電壓,以太網(wǎng)輸出,主CPU DSP,板上時鐘 外部GPS 內(nèi)部GPS

18、 電纜1PPS 光纖1PPS,開關(guān)量信號,顯示鍵盤,PMU測量硬件,發(fā)電機轉(zhuǎn)軸信號,4-20 mA 信號,PMU的硬件結(jié)構(gòu)框圖,GPS接收模塊,同步信號發(fā)生器,微處理器,通訊模塊,A/D 轉(zhuǎn)換器,電壓、電流互感器,低通濾波器,交流輸入,頻率跟蹤器,存儲器單元,PMU技術(shù)原理,裝置的輸入信號有： ）線路電壓、線路電流信號的輸入（監(jiān)控CT)； ）開關(guān)量信號的輸入； ）發(fā)電機軸位置脈沖的輸入，可以是鑒相信號或轉(zhuǎn)速 信號； ）用于勵磁、AGC等的4-20mA控制信號； ）GPS標準時間信號； 裝置的輸出信號有： ）用于中央信號的告警信號輸出； ）用于通信用的10/100M以太網(wǎng)及RS232接口 （采用IEEE std 1344通信標準）； ）用于控制用的4-20mA輸出；,PMU主要信號,PMU測量軟件,模擬量采集,開關(guān)