电气工程新技术文献综述

1、东北石油大学电气工程新技术文献综述课 程电气工程新技术研究方向广域测系统的 PMU技术院 系电气工程及其自动化系专业班级电气11-2班学生姓名 学生学号2014年11月6日东北石油大学电气工程技术文献综述文献综述、/ 、.刖B随着全球经济一体化，能源分布与经济发展的不平衡的状况，使得各国出 现大电网互联、跨国联网输电的趋势不断发展。 而电网互联所产生电网稳定运行 的问题日益突出，提出了构建 WAMS (Wide Area Measurement System)即广域 测量系统1。广域测量系统，以同步测量装置(Phase Measurement Unit实现对电力系统 动态过程的监测，反映了系统

2、的动态行为，为电力系统提供了新的测量和监控手 段2。更突出的是，可以在时间一空间一幅值三维坐标下同时观察电力系统全局 的机电动态过程全貌。由同步测量装置提供了精确实测的电网状态参数，可以使以前只能离线计算的电力系统稳定分析等更准确地用丁实时计算，从而实时地进行动态安全分析，对运行的电力系统实现预防性控制、紧急控制。1 . PMU勺概述同步相量测量装置PMU是1980年首次提出的。随着 GPS在民用领域的应 用，PMU应运而生，而全球发生的几次大电网事故推动了PMU和基丁 PMU的WAMS同步相量测量技术在系统中的应用3。工程技术人员可以根据PMU提供 的精确相量数据，确定系统故障的一系列事件的

3、先后顺序， 确定导致系统故障的 原因和故障点。现场试验及研究结果表明：WAMW技术在电力系统稳定预测与控制、状态估计与动态监视、继电保护、模型验证、故障定位等有着广泛的应用 前景。2. 电力系统中PMUJ能根据电力系统的要求，PMU应该具有以下的基本功能：(1) 对三相电压、电流信号进行采集，采集的模拟量可以包括零序电压和零 序电流。数据采集单元还要对监测点的开关等状态量进行采集。(2) 对采集的量通过模数转换，采用一定的算法实时计算出电压的有效值、 电流的有效值、零序电压、零序电流、有功、无功、功率因数和电网频率等。通过对电压量相角的计算，我们还可以得到功角。这是PMU有别丁其它的测量装置的

4、最重要的一点，国外的多数的PMU装置只是测量电气量的相角而不是功角。(3) 利用GPS的高精度授时功能实现对监测点电量的同步采集，并给获得 的相量加上时间标签，结合监测点在系统的位置和电量类型获得监测量的统一规 定下的ID号，然后将这些信息打包传给子站的上位机。(4) 子站的上位机可以对数据进行就地显示、存储，必要的信息要通过广域 网将其上传到主站的中央处理机进行集中处理。 子站和主站之间要有可靠的通讯 通道，以保证数据传输的实时目圭和可靠性， 同时乂有利丁系统的扩展和对数据的堵塞现象的解决4。3. PM U的原理PMU是基丁全球定位系统(GPS)的向量测量单元，它是一种多功能信号采 集系统。

5、不仅要完成对电压相角的实时测量以获得参考相位角，还能实现对电压、电流、有功的实时测量与计算，最后将数据帧送到调度中心。PMU的基本原理是：GSP接收器给出1pps (1个脉冲每秒钟)信号，锁相振荡器将其划分成一定 数量的脉冲用丁采样，滤波处理后的交流信号经A/D转换器量化，微处理器按照递归离散傅立叶变化原理计算出向量。对三相向量，微处理采用对称分量法计算出正序向量。将正序向量、时间标记等装配成报文，通过专用通道送到远端的 数据器。数据集中器收集来自各个 PMU的信息为全系统的监视、保护和控制提 供数据。相角的测量是相量测量中的关键，时间误差1ms就会带来18。工频相角误差，测量误差若要求0.1

6、0的话，那么时间同步精度应为 5us, GPS的1pps 秒脉冲信号与国际标准时间同步误差小丁 1us,可以保证相位测量问题5。4. 相量测量算法若三相的相量为Xa , Xb , Xc ,则正序相量12X1 =；(Xa +0Xb+a Xc)(1)3其中a =ej2"/3。同步相量的算法主要有两类：即过零检测法和傅里叶变换法。由丁过零检测法受谐波影响比较大，因此测量的精度不高，所以没有傅里叶变换法应用广泛6。离散Fourier算法工频电压值可表示为：x(t) =XmC0 swt )(2)虽然相量的概念是用纯正弦来定义的，但是它同样可以用在含暂态量的情况下7。我们可以通过傅立叶算法将其基

7、频成分提取出来。则我们可以得到XE相量X可表示为：©和丁之间的关系是-=2兀 f0(4)N等式(3)代表了一个周期的数据窗所生成的相量7。为减少DFI'的运算量，通常采用改进的递推 Fourier算法，对丁式(1)表示的 正弦工频信号，在实时测量中得到两个采样集：Xk |k = r,；N +r _1对应基波相量X' ; Xk |k = r十1,N + r对应基波相量 Xr1而Xr*可以通过数据窗的移动来获得，即：Xr 1 =X'；(Xn r Xr)e"现在几乎所有的PMU都采用这种递推算法。如果对丁被采样信号来说，第 m个采样窗口的采样点为(to,x

8、°) , (tl，x"(tN，XNJ),已知各个点的瞬时频率分 别为f°, fi 砧,我们可以知道下一个采样点的时间间隔为m=1/(n '«)，得到了第N个采样点8。则由新生成的第m+1个数据窗可以算出fn,由丁频率 的波动，则Xm*不等丁 Xm,相角差不为o, M函心兀(fn fnd 3=2 兀(fn L)/(N fj)由此可得第n点的频率为fn = fn 盘1 N 2兀 / . )(7)回5. PMU勺模块及PMU间的关系对丁一般的发电厂都会有 2台发电机组，而在一些比较老的电厂里甚至 会有6台，如果在现场需要采集的量很多的情况下，就需要多个

9、DSP数据采集和处理单元协调工作，下位机和上位机以及下位机之间都是通过CAN总线进行通讯的。设计中考虑到现场的各种干扰，DSP芯片应该采用外接的40 MHz晶振 的方式工作。芯片内置看门狗电路，可以提高其抗干扰能力。在上位机的PCI插槽上装有上位机和CAN总线连接的适配卡。由丁全网动态监测系统采用的是分层分布化的设计方案，系统中子站之间的 关系构建也较为灵活。(1) 星形子站结构。这种结构 PMU之间是并列的关系。他们都是通过高速 传输网络实现数据的上传。(2) 主从式子站结构。这种结构是选择一个子站作为参考站，如一个主力发电厂和枢纽变电站，该站的功角不仅传到调度中心而且还要传到其它的子站，作

10、为其它子站测量的参考点10。6. PMU勺关键技术(1) 测量精度模拟精度：0.1%，需解决问题：高精度测量：电流范围：0-3In , 16位A/D, 分辨率15uV,需要较好的电磁兼容性设计；高速计算，多次迭代：双 CPU快速 采样,FFT计算，每周波200点，1-99次谐波"。频率精度：0.001Hz,需解决问题：高精度计数源：软件频率计算/平滑。(2) 授时/守时精度:5us、55us/2小时授时精度考虑：GPS模块精度误差(100ns); 1PPS上升沿误差(100ns); CPU 采样时间响应误差(1us左右)；光纤传输延迟误差(5us/1km)。守时精度考虑：GPS传导微

11、波信号，易受到干扰；GPS受到干扰时时间精 度无参考价值；采用高稳定度晶振实现守时；采用原子钟技术实现守时(9us伏)。(3) 发电机内电势相角测量发电机内电势数值计算；发电机内电势初相角自动测定；利用键相信号测量 发电机功角的工程化实施。7. PMU日常的问题(1) 主脚度不对。可能是GPS不能对时,GPS设备损坏或者测量单元损坏。(2) 某一部分的角度不动。有可能是某一单元失去了通信。(3) 通信无链接。广域网的设置有问题、通道故障或规约设置错误。(4) 能通信，但不能取得离线文件。极大可能是联线文件存储器烧毁掉了。(5) 连续两端的角度差距太大。 检查PMU是否正常工作，检验一下PMU。

12、8. 小结以上是对广域测量系统的同步相量测量装置的原理、相量算法、结构分析， 关键技术等进行简单的介绍。如果能够对同步相量装置的一些问题进行解决或改 进装置，我相信这将会对我国构建电力系统的广域测量系统有很大的帮助。5参考文献1 武飞周，薛源.智能算法综述J.工程地质计算机应用，2005, 2: 9-13.2 Kennedy J, Eberhart R C.Particle Swarm Optimization J Proceedingsof IEEE International Conference on Neutral Networks,1995.1 Mohd Rihan, Mukhtar

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