PMU功能原理介绍

1、PCS-996电力系统同步相量测量装置同步相量概念电力系统中的正弦电压、电流量：50HzReIm通过电压、电流相量可以得到有功、无功等一系列量幅值均取有效值选取相同的时间参考点（如PPS）便得到方便实用的同步相量：2同步相量测量装置及系统同步相量测量装置（PMU） Phasor Measurement Unit PMU用于同步相量的测量和上送，并进行动态和暂态数据记录广域相量测量系统(WAMS) Wide Area Measurement System 由PMU和高速通信网络构建而成，为区域电网提供实时监测、分析和控制3同步相量测量原理4同步相量与SCADA的比较SCADA： 功能：测量稳态值

2、(U,I,P,Q,等), 计算各节点的幅值V和相角 特点：稳态的、低刷新率(n秒)、不同步、间接的信息 PMU： 功能：直接测量节点的电压相量（幅值V和相角 ） 特点：动态的、高刷新率(10ms)、同步的、直接的信息5同步相量的作用P0Pmax90 （1）同步相量是评价电网静态稳定水平的基本指标。6同步相量的作用（2）同步相量是评价电网动态过程稳定性的基本指标。机组功角摇摆曲线7同步相量的作用（3）数据记录，在线分析，离线分析提高潮流计算的速度和精度（离线）提高状态估计的速度和精度（在线）电力系统动态过程记录和事故分析扰动识别（低频振荡、失步、短路等）电力系统动态模型辨识和模型校正、输电线路参

3、数测量(在线)其他用途8同步相量的作用（4）稳定分析及控制全局反馈控制（全局PSS, 励磁控制, TCSC控制等）静态稳定分析及控制暂态稳定分析及控制动态稳定分析及控制电压稳定监视及控制频率稳定监视及控制低频振荡分析及抑制（PCS-993振荡解列系统）区域失步分析及控制（PCS-993振荡解列系统）9PMU/WAMS系统的构成要素同步时钟（GPS，北斗）同步相量测量装置PMU通信网络(调度数据网，或2M专用线路)WAMS主站 10PMU/WAMS系统整体结构分析中心站LAN分析工作站数据库服务器数据集中器WANLANLANWAN分析中心站LAN分析工作站数据库服务器数据集中器LANLANWAN

4、WAMS主站LAN相量测量单元EMS系统SCADA系统EMS系统SCADA系统EMS系统SCADA系统数据集中器网关防火墙前置机数据库服务器WEB服务器1. WAMS主站3.同步时钟2.PMU装置2.PMU装置4.通信网络11PCS-996型PMU系统典型配置PCS-996G数据集中器PCS-996B(发电厂)PCS-996A(变电站)RCS-9785GPS时钟12同步相量测量的基本原理参考相量相量11参考相量相量22相量1相量21213同步相量测量系统的特征基于标准时钟信号的同步数据采集失去标准时钟信号时的守时能力全网同步相量的测量和实时上送动态和暂态数据的录波记录和上送与主站之间按标准通信

5、协议进行实时通信 国外标准：IEEE Std C37.118-2005 电力系统同步相量标准企标：Q/GDW 131-2006 电力系统实时动态监测系统技术规范国标：待审批14PCS-996系列同步相量测量装置PCS-996型同步相量测量系统构成：PCS-996A: A型采集单元，适用于线路、主变等PCS-996B: B型采集单元，适用于机组PCS-996G : 数据集中器RCS-9785C: GPS同步时钟PCS-9882: 百兆光电以太网交换机15PCS-996系列同步相量测量装置PCS-996A/B/G装置正面视图。16PCS-996A同步相量测量装置。PCS-996A装置主要用于母线、

6、线路、主变电气量、开关量的采集和记录，将测量信息上送集中器。容量：可采集8回线路，36路开关量PCS-996系列同步相量测量装置17PCS-996B同步相量测量装置。PCS-996B装置主要用于发电厂机组的同步相量测量，可采集和记录发电机内电势、功角、机组励磁电压、电流、转速、调频等420mA的信号量。容量：可采集2台机组，24个直流量，36路开关量PCS-996系列同步相量测量装置18发电机功角测量发电机功角： 发电机空载电势相量Eq或暂态电势相量Eq与机端电压相量U之间的夹角。 同步发电机并网运行后，其功角是用来观察和判断该机组和电力系统并网运行稳定性的一个很重要的状态量。测量方式：方法一

7、：键相脉冲法 或 转速脉冲法方法二：电气量计算法19发电机功角测量：键相脉冲法空载时：U和Eq同相位，测对键相脉冲的角差并网后：由键相脉冲角度扣除，得到Eq相位机端电压 U内电势 Eq 键相脉冲 d 轴Ax20发电机功角测量：电气量计算法机组稳态运行时，可用电气量计算内电势和功角隐极机内电势：虚拟电势：凸极机内电势：21PCS-996G数据集中装置PCS-996G装置为刀片式数据集中器。作为厂站内PMU系统的数据和通信服务器，PCS-996G通过光纤点对点方式接收、存储PMU实时数据，打包后通过调度数据网、专网上送多个WAMS主站。刀片式数据集中器PCS-996G22 对时方式：IRIG-B,

8、PPS,PPM, 对时报文 对时介质：光纤, RS-485,RS-232,空接点,以太网 时间精度：误差小于1us 守时能力：误差小于1度/小时RCS-9785C GPS时钟同步装置23PCS-996型PMU系统典型配置PCS-996G数据集中器PCS-996B(发电厂)PCS-996A(变电站)RCS-9785时钟24PMU装置的基本功能PMU的输入量PMU的输出量（3种）PMU的性能指标25PMU装置的输入量时钟信号 : 同步时钟(GPS, 北斗)交流量(A,B型): 三相电压、电流信号（Uabc,Iabc）直流量(B型） : 机组420mA直流量电平信号(B型): 机组键相脉冲、转速脉冲

9、开关量(A,B型): 刀闸位置，机组开关量信号 注意：电流回路通常采用CT测量绕组！26 PMU装置的输出量11. 实时数据：相量： UABC1, IABC1, 内电势Eq,发电机功角模拟量: P, Q, f, df/dt，发电机转速 420mA直流量 等 开关量：刀闸位置，机组开关量信号输出特征：同步时标：与GPS零秒时刻对齐，全网同步传输速率：100帧、50帧、25帧等可选27实时数据帧格式编号字段长度 (字节)说明1SYNC2帧同步字(AA02) 2FRAMESIZE2帧长3SOC4世纪秒，从1970-1-1 0:0:0开始4FRACSEC4秒等分（分辨率10ms）5STAT2状态字6P

10、HASORS4P相量(幅值，相角)7FREQ2 频率偏差8DFREQ2 频率变化率9ANALOG2A模拟量10DIGITAL2D开关量28实时数据显示界面29 PMU装置的输出量22. 动态录波数据： 内容CFG1 + N个数据帧 CFG1是PMU的最大可输出配置 N个数据帧是1min内的实时数据帧（6000帧）输出特征：记录速率：能达到100帧/S形成速率：每分钟形成1个文件存储要求：能存储14天的数据上传要求：在主站召唤时传送指定数据主要功能：本地记录，电网扰动时进行分析30动态录波数据显示界面数据文件：200704180926.dyn31 PMU装置的输出量33. 暂态录波数据： 标准C

11、OMTRADE99格式的暂态录波 内容可以包括：瞬时值，幅值，开关量等输出特征：形成条件：开关量变位，电气量启动（电压、电流越限、突变，频率越限，功率振荡等）存储要求：能存储1000次扰动数据上传要求：在主站召唤时传送指定数据主要功能：本地记录，电网扰动时进行分析32暂态录波数据显示界面33通信管道，数据的存储传送管理管道（8001）： 命令，配置数据管道（8000）： 实时数据离线文件管道（8600）： 动态录波文件 暂态录波文件 34实时数据通信的主要流程35离线数据通信的主要流程36PMU的性能指标电压、电流幅值：误差小于0.2%电压、电流相角：误差小于0.5度 发电机功角： 误差小于1

12、度 有功、无功功率：误差小于0.5频率精度： 误差小于0.002HzGPS时间精度： 误差小于1usGPS守时精度： 误差小于55us(1小时)装置输出延迟： 延迟小于50ms实时数据上送速率：100、50、25、10、1帧/秒可选动态数据记录： 100帧/S高速记录，不少于14天 暂态数据记录： 电气量、开关量启动，不少于1000次装置硬件实现： 可分布安装，无旋转部件，非windows37PMU的运行维护空接点输出：装置告警，装置闭锁，装置录波指示灯输出：运行灯，告警灯，同步灯，录波灯液晶屏输出：当前状态，异常原因PMU装置的几种运行状态：正常运行时： 运行灯亮, 同步灯亮同步丢失时： 同步灯灭，告警灯亮， 液晶显示告警报文，告警接点闭合其他异常时： 运行灯、同步灯、告警灯亮 液晶显示告警报文，告警接点闭合装置闭锁时： 运行灯灭，闭锁接点闭合38GPS天线的架设同步时钟是“同步相量测量”的前提和基础GPS天线架设方法不正确可能导致接收不到卫星守时模式下同步精度比正常时要差(1度/h)必要时可采用“GPS+北斗”双时钟 (RCS-9785D) 正确，180度视野正确，180度视野错误，90度视野39PCS-996型PMU应用情况PCS-996型PMU已通过多项测试和认证PCS-996型PMU在全国已安装 90多个厂站