同步相量测量技术在电力系统中的应用

1、同步相量测量技术在同步相量测量技术在电力系统中的应用电力系统中的应用背景背景应用背景应用背景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（Wide Area Measurement System） 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。背景背景应用背景应用背景2：美国等西方国家的大停电 1)由于没有有效的监视手

2、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.PMU技术的出现技术的出现 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

3、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。 国内外国内外PMU的发展历史的发展历史n国外

4、：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。 n国内：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

5、、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，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）相量测量装置简介相量测量装置简介相量测量装置相量测量装置 Phasor Measurement Unit (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。PMU 的主要功能的主要功能一、一、实时监测功能实时

6、监测功能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。二、二、实时记录功能实时记录功能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

7、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。PMU的主要技术的主要技术1、同步采样技术；2、定点采样下的频率跟踪技术；3、高速稳定的通讯技术；4、基于标准时钟信号的同步相量测量；5、失去标准时钟信号的守时能力；6、P

8、MU与主站之间能实时通信并遵循有关通信协议。 分析中心站分析中心站LAN分析工作站分析工作站数据库服务器数据库服务器数据集中器数据集中器WANLANLANWAN分析中心站分析中心站LAN分析工作站分析工作站数据库服务器数据库服务器数据集中器数据集中器LANLANWANLANEMS系统系统SCADA系统系统EMS系系统统SCADA系统系统EMS系系统统SCADA系统系统数据集中器数据集中器网关网关防火墙防火墙前置机前置机数据库服务器数据库服务器WEB服务器服务器PMU单元单元PMU单元单元PMU在电力系统中的应用在电力系统中的应用一、进行快速的故障分析一、进行快速的故障分析 在PMU系统实施以前

9、，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。二、捕捉电网的低频振荡二、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 在电力系统中的应用前景在电力系统中的应用前景基于 GPS 的母线电压相量测量方面的研究和应用被称为当前电力系统的三项前沿课题之一，母线电压相量的实时在线测量将会提高电力系统的监控和保护的能力。世界各国电力公司都积极增加相量测量装置的数量，并开展多种 PMU 的应用研究。同步相量测量可望在电力系统的动态监控、状态估计、暂态稳定的预测及控制、继电保护和自适应失步保护等诸多方面发挥其作用。随着电力系统互连网络的增大，要求控制系