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 广域测量系统的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日文献综述前言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，反映了系统的动态行为，为电力系统提供了新的测量和

2、监控手 段。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于实时计算，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。PMU的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和基于PMU的 WAMS同步相量测量技术在系统中的应用。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先后顺序，确定导致系统故障的 原因和故障点。现

3、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。电力系统中PMU功能根据电力系统的要求，PMU应该具有以下的基本功能：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。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有别于其它的测量装 置的最重要的一点，国外的多数的PMU装置只是测量电气量的相角而不是功

4、角。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。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眭和可靠性，同时又有利于系统的扩展和对数据的 堵塞现象的解决4。PMU的原理PMU是基于全球定位系统(GPS)的向量测量单元，它是一种多功能信号采 集系统。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

5、，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 数量的脉冲用于采样，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于

6、1us，可以保证相位测量问题。相量测量算法若三相的相量为XXb, Xc，则正序相量 TOC o 1-5 h z 1-、X1 = 3(X +aXb +a2X )(1)其中a =ejb/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。 由于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) = X c o W +4)(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。我们可以通过傅立叶算法将其基频成分提取出来。则我们可以得到七。相量X可表示为：X =； N X jX)和T之间的关系

7、是(4)0 =- = 2n f t N o(4)等式(3)代表了一个周期的数据窗所生成的相量。为减少DFI的运算量，通常采用改进的递推Fourier算法，对于式(1)表示的正弦工频信号，在实时测量中得到两个采样集：xj k = r/, N + r -1对应基波相量X ; xk I k = r +1,.,N + r对应基波相量Xr+1而Xr+1可以通过数据窗的移动来获得，即：Xr+1 = X + TOC o 1-5 h z 现在几乎所有的PMU都采用这种递推算法。如果对于被采样信号来说，第 m个采样窗口的采样点为（t / ），气）.-，-1），已知各个点的瞬时频率分 00别为f0，f1fN-1，

8、我们可以知道下一个采样点的时间间隔为 = 1/（N fN-1），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f，由于频率的波动，则Xm+1不等于Xm，相角差不为0，贝UMu 2t(f - f)At = 2t (f - f )/(N - f )(6)nn-1nn-1n-1由此可得第n点的频率为f = f 1(1 + N - 2n / A9 )(7) 9PMU的模块及PMU之间的关系对于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

9、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。由于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 为其它子站测量的参考点10。PMU的关键技术（1）测量精度模拟精度：0.1%，

10、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U1。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。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)o守时精度考虑：GPS传导微波信号，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(

11、9us/天)。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。PMU日常的问题主脚度不对。可能是GPS不能对时，GPS设备损坏或者测量单元损坏。某一部分的角度不动。有可能是某一单元失去了通信。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。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。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。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

12、会对我国构建电力系统的广域测量系统有很大的帮助。参考文献武飞周，薛源.智能算法综述J.工程地质计算机应用，2005, 2： 9-13.Kennedy J, Eberhart R C.Particle Swarm Optimization J Proceedings of IEEE International Conference on Neutral Networks,1995.Mohd Rihan, Mukhtar Ahmad, M. Salim Beg. Vulnerability Analysis of Wide Area Measurement System in the Smart

13、Grid J Smart Grid and Renewable Energy,2013.S. Nourizadeh, S.A. Nezam Sarmadi, M.J. Karimi, A.M. Ranjbar.Power system restoration planning based on Wide Area Measurement System J International Journal of Electrical Power and Energy Systems,2012.程云峰，张欣然，陆超.广域测量技术在电力系统中的应用研究进展J.电 力系统保护与控制，2014，4 (42)

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15、2.马静，叶东华，王彤.电力系统多区域复杂环网的最小断点集计算J.中国 电机工程学报，2011(28).马静，叶东华，王彤.电力系统多区域复杂环网的最小断点集计算J.中国 电机工程学报，2011(28).王增平，张晋芳，钱诚.基于同步测量信息的电网拓扑错误辨识方法J.电 力自动化设备，2012(01).钱诚，王增平，张晋芳.基于同步相量测量的厂站内网络拓扑分析新方法 J.电力系统保护与控制，2011(17).蔡超，陆于平.一种提高智能变电站PMU相量测量精度的改进采样值调整 算法J .电力自动化设备，2014(34).电气工程新技术成绩评价表题目名称广域测量系统的PMU技术学生姓名学号课题简述：随着电网的互联和智能电网的发展，电力系统的稳定运行日益成为了十分 重要的问