AC-2000电力系统相量测量装置

PAC-2000电力系统相量测量装置

产品介绍2004-12-141PAC-2000电力系统同步相量测量装置同步相量synchrophasor：以标准时间信号作为采样过程的基准，通过对采样数据计算而得的相量称为同步相量。因而，各个节点的相量之间存在着确定统一的相位关系。相量测量装置phasormeasurementunit(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。同步相量的表示XmXmt=0(1PPS)signalx(t)-90°0°t=0(1PPS)同步相量测量同步采样脉冲GPSO电网节点1电网节点2电网调度中心同步采样脉冲OO电力系统实时动态监测系统的组成电力系统实时动态监测系统主站通信系统子站相量测量装置（PMU）数据集中器（DC）电力系统实时动态监测系统的拓扑结构华北电网东北电网子站A1子站A2子站A3子站B1子站B2东北主站华北主站国调主站同步性：相量测量装置应能利用同步时钟（如GPS）的秒脉冲信号同步装置的采样脉冲，采样脉冲的同步误差应不大于±1µs。实时性：相量测量装置在高速通信系统的支撑下，能实时地将各种数据传送至多个主站，并能实时接收各主站的命令。高速度：相量测量装置必须具有高速的内部数据总线和对外通信接口，以满足大流量实时数据的运算、存贮和对外发送。高精度：相量测量装置必须具有足够高的测量精度，一般A/D需在16位及以上，装置测量环节产生的信号相位误差和幅值误差要进行补偿。高可靠性：相量测量装置必须具备很高的可靠性，以满足未来的动态监控系统的可靠性要求。可靠性体现在两方面，一是装置运行的稳定性和可靠性；二是记录数据的安全可靠性。大容量：相量测量装置必须具备足够大的存贮容量，以保证能长期记录和保存实时记录数据和暂态录波数据。CEPRI相量测量的研究历程组建国内第一套实时动态监测系统1995年，中国电科院在南方电网组建我国第一套投入商业运行的实时功角监测系统。新疆西藏东北华北西北华中华东南方中国电科院的PMU研究之路1998年，开始构建华东电网实时功角监测系统2001年，开始构建福建电网实时功角监测系统新疆西藏东北华北西北华中华东南方第一次在动态监测系统中直接测量发电机内电势2002年，中国电科院研制的GJ-205型发电机内电势测量仪在华东电网动态监测系统的徐州子站投入运行。发电机内电势测试仪PMU组建了我国第一个大型混合相量测量系统2003年，在东北电网组建了我国第一个采用不同厂家、不同型号的PMU装置混合构成的统一、开放、兼容的新一代电力系统实时动态监测系统。新疆西藏东北华北西北华中华东南方主站：包含2个厂家产品子站：包含3个厂家产品CEPRI在相量测量领域的推广应用成效1995年至2005年，经历了十余年的探索、研究和推广应用：组建了7个电力系统实时动态监测系统；建立了7个主站；建立了46个子站；有62台PMU装置在系统中运行。中国电科院PMU在电网中的分布新疆西藏东北华北西北华中华东南方华东电网2个主站20个子站28台PMU国调系统1个主站2个子站2台PMU华中电网1个主站8个子站15台PMU南方电网1个主站11个子站12台PMU东北电网1个主站1个子站1台PMU西北电网1个主站4个子站4台PMU新一代PMU装置研制成功2004年初，中国电科院研制的新一代PMU装置——PAC-2000电力系统相量测量装置在东北电网投入运行。新一代PMU装置的推广应用2004年底，在华东电网中标的7个子站共13台PAC-2000装置顺利通过华东电网组织的工厂验收。目前所有屏柜已运抵现场，部分具备条件的厂站已安装投运。2005年2月，PAC-2000装置在500kV徐州三堡变电站投入运行，成为国调中心实时动态监测系统的一个新子站。与华东电网的合作开发项目——发电机动态安全监控系统目前正在研发中。这是业界首次将PMU应用到发电厂就地监控中。PAC-2000在华东接受测试2004年1月，中国电科院研制的PAC-2000同步相量测量装置，受邀请参加了华东公司组织的PMU功能和性能测试，装置的多项性能指标在参试厂家中名列前茅中国电科院的PMU研究之路2005年底自主研发完成PAC-2000分布式相量测量装置中国电科院的PMU研究之路2006年底以PI数据库为数据平台重庆电网WAMS系统中标CEPRI在相量测量领域的优势CEPRI在相量测量领域的优势福-双线功率振荡问题研究福建与华东电网联网后，联络线出现功率振荡问题，福建电网开展了多次系统试验，在华东电网PMU实测数据的基础上，深入分析计算研究，对联络线功率振荡问题做出了科学的结论，并提出有效的抑制措施。东北电网负荷模型研究2004年3月25日，在东北电网吉黑断面联络线进行了两次大扰动试验，试验时实时动态监测系统（PMU）成功地记录了大量的暂态、动态数据。大扰动试验和仿真分析不仅证明了原来采用的负荷模型与实际不相符合，也为建立新的负荷模型提供了准确的实测数据，同时进一步推进了我国负荷模型的研究工作。PAC-2000装置简介PAC-2000装置的研究概况PAC-2000装置的屏体外观图PAC-2000装置的屏体布置图装置外观图变换器箱外观图PAC-2000分布式相量测量装置组成PAC-2000S数据采集单元GPS授时单元PAC-2000P数据集中器PAC-2000分布式系统架构PAC-2000S数据采集单元PC/104+QNX+ExtremeDBPAC-2000S数据采集单元模拟量信号形式可以为交流电流、交流电压、直流电流和直流电压可同时处理48路模拟量信号、16路开关量输入信号和8路开关量输出信号可直接接收GPS信号，也可以接收光纤信号GPS授时单元输出信号6路秒脉冲输出6路时间信息输出输入信号GPS天线接口1路秒脉冲输入1路时间信息输入PAC-2000P数据集中器最多可接入8台数据采集单元可向多主站传送数据存储所有数据采集单元的最多14天动态数据存储暂态录波数据支持双硬盘备份装置性能特征PAC-2000装置的性能特征是硬件平台最先进PMU是守时精度最高的PMU是供电方案最完善的PMU是测量通道最多的PMU是人机界面最友好的PMU装置性能特征——先进的硬件平台高性能的硬件平台结构采用第三代的CompactPCI工控总线和DSP并行数据处理系统相结合的硬件平台具有运行稳定可靠、结构层次清晰、总线速度快、系统数据处理能力强等特点严格按照CompactPCI工业标准设计，采用标准化、模块化、开放式的结构设计，便于装置调试、现场维护和产品升级PAC-2000装置硬件硬件结构图CPCI总线通信系统人机接口

同步时钟输入同步时钟输出开关信号输入

开关信号输出

模拟信号输入

继电器光电隔离IO逻辑DSP信号调理16bitADCDSP时钟电路DSPGPS主控CPU数据储存CompactPCIIPCSTD1998年90年代80年代生产过程自动化管理信息化退出历史舞台CompactPCI工控总线平台国际CompactPCI总线CompactPCI工控总线平台80.0mm后I/O板233.35mm160.0mm前插板背板CompactPCI工控总线平台CompactPCI与ISA比较CompactPCIISA总线宽度64bits16bits总线速率66MHz8MHz总线接口气密针孔接头金手指抗振性能优异差电磁兼容性优异一般耐腐蚀优异差热插拔支持不支持高性能的DSP32bit外部总线宽度200MHz时钟速度1600MIPS运算能力装置性能特征——稳定可靠的软件平台稳定可靠的软件平台装置采用嵌入式实时操作系统QNX作软件平台。各模块相互独立，单个模块发生异常时不会影响其他模块的正常运行。当监控模块发现某一功能模块异常时，可以将该模块删除，然后再重新启动该模块，其间，其他模块仍维持正常运行。各模块可以独立升级。装置软件结构示意图数据采集模

块文件管理模

块人机对话模

块数据通信模

块共享数据区监控及管理模块QNX嵌入式实时操作系统QNX是由加拿大QSSL公司开发的分布式嵌入式实时操作系统。2002年QNX被DedicatedSystemsExpert公司评为世界上最优秀的嵌入式实时操作系统之一。QNX是真正的符合POSIX标准的实时操作系统，软件可移植性强。QNX是基于微内核、完全地址空间保护体系结构的操作系统，具有超强的稳定性、可靠性和可维护性。装置性能特征GPS时钟同步精度GPS信号正常时，时钟同步误差≤±100ns。GPS信号异常时，装置仍能正常工作，并具有极高的守时精度：失星2小时，时钟同步误差不大于30µs（0.5°）失星10小时，时钟同步误差不大于150µs（2.7°）装置只需捕获到一颗卫星信号便可保证时钟精度，这一性能特别适宜于山区和丘陵地区的发电厂和变电站所安装的PMU。信号测量精度电压幅值误差：0.1%(0.4Un～2.0Un)电流幅值误差：0.1%(0.4In～10In)功率引用误差：0.1%

频率测量误差：0.001Hz(45Hz～55Hz)绝对相角测量误差：50±0.1Hz：≤±0.1°50±1.0Hz：≤±0.2°50±3.0Hz：≤±0.5°装置性能特征装置采用两路可热插拔的电源均衡冗余供电。任何一路电源故障（无论是外部供电故障，还是内部电源模块故障）都不会影响装置的正常运行。电源检修或更换装置电源模块时装置无须停运。直流110V直流220V交流220VCompactPCI总线直流电源模块交流电源模块安全的数据存储方案操作系统和程序文件保存在高可靠的CF卡中，保证了装置运行的可靠性不受硬盘故障的影响。数据文件一式两份同时保存在两个独立的大容量硬盘中，互为备份。防止单个硬盘发生故障所造成的测量数据损毁，极大地提高了测量数据的安全性。数据盘A数据盘B系统盘装置性能特征——测量通道多、配置灵活是测量通道最多的PMU通道类型模拟量输入开关量输入开关量输出通道数量4896641281632配置灵活装置的测量信号：交流电压、交流电流、直流电压、直流电流、脉冲信号、开关量。用户可整定：采样速率、实时记录速率、实时数据上传速率、实时记录数据的储存时间等。可独立配置：每路模拟量通道的量程、与每个主站的通信模式。装置性能特征——功能完善装置功能完善装置具备完善的实时监测、实时记录和暂态录波功能。可以测量发电机功角和发电机内电势。具有强大的数据分析功能，可进行谐波分析。具备网络通信和串口通信功能。具有完善的软件自诊断功能和事件记录功能，便于装置调试、维护和故障分析。装置主要功能装置主要功能实时监测实时记录暂态录波发电机内电势测量非交流信号监测同步时钟和同步采样对外通信数据分析与事件记录实时监测实时监测三相基波电压相量、三相基波电流相量基波正序电压相量、基波正序电流相量有功功率、无功功率系统频率开关量信号发电机内电势和发电机功角发电机励磁电压、励磁电流实时监测监测数据输出速率可设置为25、50、100次/秒实时记录装置可以连续不间断记录所有测量信号测量数据同时存入两个独立的硬盘，互为备份可就地保存连续14天以上的记录数据，记录数据自动循环覆盖，装置不提供删除和修改功能实时记录三相基波电压相量、三相基波电流相量基波正序电压相量、基波正序电流相量系统频率开关量信号发电机内电势和发电机功角发电机励磁电压、励磁电流实时记录实时记录数据的记录速率25、50、100次/秒可整定暂态录波通过高速采样来记录电力系统的暂态过程可就地分析暂态录波数据可向主站传送暂态录波数据暂态录波暂态录波数据输出格式符合ANSI/IEEEC37.111-1999（COMTRADE）标准要求暂态录波的记录速率最高4800次/秒（96点/周波）最低1600次/秒（32点/周波）暂态录波的启动判据频率变化率越限电压突变电流突变频率越限电压越限电流越限开关变位功角越限低频振荡接受主站触发命令发电机内电势测量利用发电机内电势测试仪发电机内电势测试仪PMU发电机内电势测量根据发电机电气参数和运行参数推导PMUUIf(Xd,Xq,Xd’,Xq’,U,I)非交流信号监测当装置安装在发电厂时可以监测：AGC控制信号PSS控制信号励磁控制系统信号调速器控制信号非交流信号监测当装置安装在直流换流站时可以监测：直流电压信号直流电流信号直流系统控制信号同步时钟和同步采样接收GPS信号，产生高精度的同步时钟信号和同步采样脉冲信号。具有精