隔河岩电厂同步相量测量装置PMU改造

隔河岩电厂同步相量测量装置PMU改造匡蕾;黄然【摘要】根据隔河岩水电厂同步相量测量装置(PMU)改造的相关背景及设计思路,以及PMU改造后的系统结构、基本功能及计算方法，分析了其存在的优点及不足.新PMU系统的投运，规范了发电机组及其控制系统的监测，在促进电网运行动态监视与提高电力系统运行可观测性方面发挥了重要作用.【期刊名称】《水电与新能源》【年(卷)，期】2017(000)007【总页数】7页(P29-35)【关键词】同步相量测量;双主模式;数据通道;对时脉冲信号【作者】匡蕾潢然【作者单位】湖北清江隔河岩水力发电厂，湖北长阳443503;湖北清江隔河岩水力发电厂，湖北长阳443503【正文语种】中文【中图分类】TM933湖北清江隔河岩水电厂装机总容量1200MW，4台机组及4台变压器，机组单机容量为300MW，单台变压器容量为360MVA，是华中电网重要的调峰调频电站。华中电网有限公司为提高电网动态监测能力，对电网发生的低频振荡及时发现、记录和分析，并为电网运行提供准确的动态数据和故障信息，在隔河岩电厂安装了〃广域测量系统”(以下简称“WAMS系统”)同步相量测量装置(PMU)子站。原CSS200/1P型号PMU子站于2008年10月份投入运行，该套装置不能支持12个数据通道，无法满足华中省调、网调侧WAMS主站召唤数据的要求。华中网调厂站相量测量装置(PMU)异常统计情况通报中隔河岩电厂数据集中器与华中调控分中心在2015年12月份和2016年1月份均出现了通信短时中断情况。经与华中调控分中心PMU运维人员联系核实，隔厂数据通信中断状态为时断时通，中断持续时间不定，且无规律。隔河岩电厂的2台数据集中器为热备运行，未实现双主模式，导致数据通信偶尔出现不稳定的情况，无法保证与WAMS主站正常通讯。根据华中电网［2016］36号文，提出进一步完善直调电厂并网机组源网动态性能在线监测信息接入PMU的要求，要求增加接入AVR电压参考给定、PSS输出信号定子电流过负荷限制动作信号等遥测、遥信量。隔河岩电厂同步相量采集装置已于2016年改造完毕，新系统按照双主处理装置和双网冗余模式设计，配置3面屏柜，实现支持至少12个数据通道，且实现数据集中器的双主运行模式［1］。隔河岩电厂PMU系统采用南瑞继保公司PCS-996系列产品，按照分布式方式布置，配置数据集中处理屏PCS-996G1套和向量测量屏PCS-996A/B2套。数据集中处理屏(PMU1)安装在线路保护室，包含2台主数据处理装置，1台数据采集装置，采集单元测量清长I线、清长II线、清葛线三相电压、电流量,配置1台RCS-9785D(GPS+北斗)对时单元，完成站内所有采集装置的同步对时。向量测量屏1(PMU2)安装在1号单元控制室，为1、2号机组共用，采集1、2号机组机端三相电压、电流量及励磁电压、励磁电流、导叶开度等信号。向量测量屏2(PMU3)安装在2号单元控制室，为3、4号机组共用，采集3、4号机组机端三相电压、电流量及励磁电压、励磁电流、导叶开度等信号。PMU主数据处理装置通过调度数据网实时交换机与华中网调省调WAMS主站通讯。向量测量屏1(PMU2)、2(PMU3)通过光纤传输给数据集中处理屏(PMU1),再由数据集中处理屏(PMU1)对上传输给省级及以上调度中心主站。更新后的隔河岩电厂PMU夕卜部通信网络拓扑图如图1所示。PCS-996系列同步相量测量系统的系统结构PCS-996同步相量测量系统由PCS-996系列同步相量测量装置(A,B,G型)、RCS-9785GPS时钟同步系统、PCS-9882、RCS-9884等高速通信交换设备等共同构成［3］。其典型系统结构如图2所示。PCS-996系列同步相量测量装置配置PCS-996系列同步相量测量装置配置如表1所示。3.1PCS-996A、日装置PCS-996A、B装置由CPU、DSP、交流采集插件、直流采集插件、智能I/O、电源等组成，具体各单元的主要功能如下。NR1102E/J。CPU插件，由高性能32位微处理器构成，Linux操作系统，实现对整个装置的人机接口、通信、录波、故障报告、打印等管理功能，与数据集中器通信并上送动态数据以及扰动数据等实时性要求较低的数据。CPU插件使用内部总线接收装置内其他插件的数据，通过RS-485总线与LCD板通讯。NR1121A。DSP插件，由高性能数字信号处理器构成，主要负责各电气量的采集、计算和分析。NR1401。交流采集插件，每块插件采集12路模拟量(6U、6I),最多可以选配3块共36路模拟量，可选择接入保护CT或测量CT。其与系统接线方式如图3。NR1415G。直流采集插件，采集4~20mA的直流信号，每块插件采集6路信号，可根据实际需要配置多块此类插件。NR1416。功角测量插件，每块插件采集2台发电机的机端电压、键相脉冲、转速脉冲，并可输出2路4~20mA的直流信号。NR1502A。智能光耦开入插件参见图4)，输入电压为110V。NR1502A可接入24路开入，当开入电压〈额定工作电压的60%时，开入保证为0，当开入电压〉额定工作电压的70%时，开入保证为1。NR1525A。智能开入、开出插件，每块插件可采集4路开出、12路开入，开入电压110V。NR1301。电源插件，为装置提供工作电源，输入电源的额定电压有220V和110V两种，隔厂提供电源插件的额定输入电压是110V。装置的电源插件NR1301输出两组“报警(BJJ)”和“闭锁(BSJ)”空接点，如图，其中“BSJ”为继电器的常闭接点，“BJJ”为继电器的常开接点。PCS-996G装置PCS-996G由CPU、DSP、电源插件组成，可连接至少8—16个PMU采集单元以及至少4个以上的主站，同时具有128G以上的大容量存储设备。各插件主要功能如下。NR1102E/J。CPU插件1，由高性能32位微处理器构成，Linux操作系统，带大容量高速CF存储卡，主要负责人机接口、通信、动态录波、故障报告、打印等管理功能。NR1102H。CPU插件2，基本构成同NR1102E，不带CF存储卡，主要负责与WAMS 主站通信，上送相量、频率、内电势等实时数据，并接受主站召唤，上送离线数据动态录波、暂态录波)。NR1122A。DSP插件，由高性能数字信号处理器构成，主要负责接收PMU采集单元通过光纤上送的实时相量数据，并组织成标准数据帧。NR1301。同PCS-996A/B。3.3同步相量测量系统的配套设备3.3.1PCS-9882交换机PCS-9882交换机采用高性能的交换芯片，可在所有端口全双工满速率运行下保持线速转发，充分考虑了工业应用环境中的各种恶劣条件和干扰因素，可保证数据在严苛环境下可靠传输，最大可支持24个100Mbps快速以太网接口和4个1000Mbps千兆以太网接口。RCS-9884光电转换模块RCS-9884光纤转换模块的作用是将GPS对时装置输出的脉冲对时差分信号或空接点信号转换成光纤信号，或将由光纤传送的对时脉冲信号转换成差分或空接点信号，以延长脉冲对时信号的传输距离以及提高传输可靠性。RCS-9884光纤转换模块有两路独立的通道构成。通道1将由光纤输入的对时脉冲信号转换成差分信号或空接点信号；通道2将GPS对时装置输出的脉冲对时差分信号或空接点信号转换成光纤信号。当向同步相量测量装置提供的是光纤方式的B码对时信号时，可利用RCS-9884模块进行光电转换，得到RS-485方式的B码对时信号。通过选择拨码开关为ON或OFF模式，可控制RS-485方式B码的输出极性。要求最终进入装置的RS-485信号为负极性。RCS-9785D同步时钟装置RCS-9785DGPS时钟同步装置自带GPS信号接收模块，是1套独立的GPS对时装置，同时也可从外部时钟接入IRIG-B码对时信号作为时钟源。内部集成了2个GPS模块，用1套装置即可实现“双机双网”运行，2个GPS模块作为2个独立的时钟源，主备自动切换。RCS-9785DGPS时钟可输出多种对时信号(IRIG-B(DC)、PPS、PPM、对时报文)，提供多种接口方式(光纤、RS-485、RS-232、空接点)。时钟的IRIG-B(DC)、PPS及PPM精度＜1us,脉冲前沿时间＜50ns,脉冲前沿时间＜50ns，内部的时钟准确度优于7x10-8。3.4PCS-996A/B装置定值内容及整定说明1） 装置参数定值见表2。2） 软压板见表3。3） 电流、电压序号定值见表4。4） 单元*定值见表5。5） 直流基准定值（PCS-996B）。直流单元*最小量程：4mA,对应4~20mA。6） 直流代码定值及限值见表6。7） 开入启动定值见表7。开入*启动控制字：1=该开入变位启动暂态录波。PCS-996的定值整定可直接在PMU装置上通过按键操作完成，也可通过PCS-PC调试软件连接界面完成。PCS-PC的启动参数设置见图6，连接装置时只需指定主CPU的IP地址即可，该IP地址可在装置连接界面中获得。软件启动前，需将计算机与装置的主CPU（左侧第1块插件，型号NR1102）通过网线连接起来。软件与装置成功连接后，可以看到如图7所示的树型目录。利用本软件，可实现定值修改、状态查看、报告查看等［4］。5.1基本电气量的计算方法PCS-996装置采用了时钟同步与频率跟踪采样解耦的算法，既保证了同步时标均匀分布和整数对齐，又保证了采样的同步性及数据值的计算精度。在此基础上各电气量计算的基本算法如下。1） 电流、电压采用全波付氏算法得出幅值和相角。2） 三相有功功率的一般计算公式（设：一个工频周期采样24点）。3） 三相无功功率的算法：将上述有功功率式中的电压移相90°,得以下计算公式。5.2发电机功角测量算法发电机功角指的是发电机内电势和极端正序电压之间的相位差。发电机功角8在电力系统稳定问题的研究中占有特别重要的地位。因为它除了表示发电机电势和系统电压之间的相位差，即表征系统的电磁关系之外，还表明了各发电机转子之间的相对空间位置。8角随时间的变化描述了各发电机转子间的相对运动，转子间的相对运动是判断各发电机之间是否同步运行的依据。发电机的功角是指发电机内电势和机端电压正序相量之间的夹角。应用发电机电气参数和机端电压、电流相量计算发电机内电势和功角，公式如下。虚拟计算电势发电机内电势对于凸极机（水轮机组）:xd/xq,所以对于隐极机（汽轮机组）:xd=xq,所以PCS-996系列装置采用了分布式体系，硬件真正实现了模块化结构，配置灵活、通用性强，逻辑修改简单，具有高度的可靠性，在运行中可以实时监测装置的输入输出和报警；软件直观易学，上手简单。但是也存在一些不足之处，如软件中装置参数的修改虽然需要密码登陆，但在修改后并没有明显的标记，不排除维护人员误操作的可能性存在，尤其是批量修改时，需对原参数做好备份，以便修改完成后进行核对比较。同步相量测量装置PMU改造后，装置设备运行良好，与网调、省调WAMS主站通讯稳定，减少了工作人员的维护任务；按照华中电网的要求增加接入AVR电压参考给定、PSS输出信号、定子电流过负荷限制动作信号等遥测、遥信量，规范了发电机组及其控制系统的监测，在促进电网运行动态监视与提高电力系统运行可