PMU子站培训PPT课件

1、.,1,CSS-200系列 分布式同步相量测量装置,技术背景,应用的需求： 我国电力系统正在进行西电东送，全国联网电网交直流混联，新能源并网，我国电网规模越来越大,电网潮流的不确定性加大,互联电网稳定性水平有下降的可能，所以，对电力系统信息采集和运行状态的监视提出了更高的要求。,现有继电保护系统的不足,继电保护系统以切除故障元件为目标，对故障切除以后系统的运行情况不予反映，无法起到保护故障后电力系统的作用，甚至可能出现因为继电保护装置正确动作切除故障元件而造成其它元件的工作异常，并被保护装置正确动作连锁切除而使得系统瓦解的情况。 美国8.14大停电事故最初就是从几条线路相继断开开始的。,传统的

2、电力系统监测手段,1、各种故障录波仪 采集故障点附近的数据，记录数据只是局部，并且持续时间短. 2、EMS系统 测量周期通常是秒级，而且不带时标，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 。,实时动态监测系统的定位,短路故,保护/故障录波,（响应时间）,0.001S 0.01S 0.1S 1S 10S 100S 1000S,实时动态监测系统的定位,内 容 提 要,PMU简介 技术指标 产品组成 工程方案及实施 主子站通讯原则 运行与维护,PMU简介,PMU,同步相量测量单元（子站） PMU（Phasor Measurement Unit） 用于进行同步相量的测量和输出以及

3、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。,WAMS,广域测量系统 （主站） WAMS（Wide Area Measurement System） 安装在电力系统调度中心，用于接收、管理、存储、分析、告警、决策和转发动态数据的计算机系统。,广域测量系统(WAMS)组成,WAMS-Wide Area Measurement System,相量测量单元 PMU(变电站）,WAMS（调度中心）,相量测量单元 PMU（发电厂）,调度通信网,GPS,GPS,同步采集和相量计算 发电机内电势测量 实时

4、上传数据，支持与多个主站实时通信 稳态循环记录相量、功率、频率等数据； 动态短时记录支持多种触发方式； 支持数值浏览、波形复现、数据格式转换等,PMU主要功能,同步相量测量的基本原理,相量：幅值+相角 相量相角与时间参考点(t=0)的选取有关，同一个信号在不同的时间参考系下，对应的相角值是不同的,同步测量/相量计算,同步向量 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。 相量计算 从常见的三相电压和三相电流信号中提取基波成分，并用“幅值相位”的形式表示。,GPS（Global Positioning System）,GPS为全球卫星

5、定位系统，它利用24颗地球卫星向全球广播精确的信号用于定位和定时。 PPS是GPS发出的秒脉冲信号，相邻PPS的间隔为1秒。PPS的基本误差不超过0.2微秒。,同步对时,参考相对相角,构造基于GPS时钟信号的统一的f=50Hz的参考相量 计算相对参考相量的同步相量 同步相量的相角度相减，消去参考相角，得到相对相角,GPS 参考,GPS参考,PHASOR1,PHASOR2,PHASOR1,PHASOR2,相对相角,相量测量比较,变电站1 母线电压正序相量,变电站2 母线电压正序相量,调度中心,GPS,GPS,母线电压正序相量,母线电压正序相量,变电站1,变电站2,同步测量的意义 使异地信号可以在

6、相同的时间坐标下比较 50Hz信号 时间误差增加1s，相位误差增加0.018度， 时间误差增加1ms，相位误差增加18度,1us,20ms,360度,0.018度,技术指标,同步相量测量的技术指标,技术规范, 电力系统实时动态监测系统技术规范 同步测量,同步对时误差不超过1s（接入全站统一对时 的要求） 相量测量,幅度误差0.2，角度误差不超过0.2度 频率测量,4555Hz，误差不超过0.01Hz 动态记录,连续记录，最快100Hz数据存储 自动守时,GPS失锁60分钟，误差增大不超过55s 实时通信,按照标准协议传送动态数据:25Hz,50Hz,100Hz 发电机内电势直接测量功能,系统组

7、成,CSS200/1A同步相量测量单元,3种插件灵活组合 （16位AD，4800Hz） 6U6I： 适合500kV出线和机组 9I： 适合220kV出线 8DC： 适合发电机辅助信号 根据实际情况通道灵活配置 一个装置可以测量36路模拟量 具有光/电100M以太网接口,CSS-200/1A数据采集单元,机组辅助信号（420mA)：励磁电流、励磁电压、 汽门开度、水门开度、PSS（分组交换）输出、AGC（自动增益控制）负荷指令等。,同步相量处理流程,CSS-200/1A装置面板结构,CSS-200/1A内部图,CSS-200/1A背板图,电源 DC110-220V AC220V,DI,交流插件

8、1A, 5A, 57.7V,GPS授时信号ST光接口,100M以太网RJ45接口,100M以太 网SC光接口,CSS-200/1A背板图,局部放大图,CSS-200/1G授时单元,GPS授时单元 1个GPS输入 6路GPS信号ST光输出(PPS+CLOCK) 授时误差1微秒 自动守时 级联扩展 DC/AC 110/220V 19英寸1U机箱 子站内集中授时,CSS-200/1G授时单元,GPS,CSS-200/1A,CSS200/1A,GPS授时单元级联扩展,CSFU-107,局部放大图,CSS-200/1G授时单元,CSC-196时间同步装置,输入信号：GPS、北斗、IRIG-B(DC)码等

9、 输出信号：对时脉冲、IRIG-B(DC)码、 串口报文、网络报文（SNTP）等 接口方式：支持光纤、空接点、TTL、 RS-422/485、RS-232、以太网等 内置高精度晶振，自保持同步输出 级联扩展功能 DC/AC 110/220V 19英寸2U机箱,技术规范 ：电力系统的时间同步系统技术规范 配置模式 ：主、从时钟方式灵活配置 接收方式 ：单装置最多外接四路输入基准信号 核心算法 ：专利的核心算法，当接入多路输入时间 信号时，自动识别跟踪最优的输入信号 对时精度 ：优于1us 自动守时 ：自动守时状态优于55us /h 时间补偿：根据实际传输距离灵活配置时间补充 闰秒处理：提前获取闰

10、秒信息并预告标志置位,CSC-196技术特点,CSC-196运行状态,秒脉冲：1秒闪烁1次 同步：同步信号正常时点亮 主/备输入：优先级最高时点亮 告警：异常状态指示,CSC-196时间同步装置,CSS-200/1P数据集中处理单元,4个100M以太网接口 键盘、鼠标、显示器接口 人机运行界面。 DC110/220V,AC220V 19英寸1U机箱 QNX实时多任务操作系统 核心程序在电子盘上运行 数据存储使用160G大容量硬盘,CSS-200/1P数据集中处理单元,对动态数据记录的要求,记录内容 应能连续记录所测电压电流基波正序相量、三相电压基波相量、三相电流基波相量、频率及开关状态信号、发

11、电机内电势、励磁信号 存储格式要求 装置应能按照数据报文格式存储动态数据 记录速率 装置动态数据的最高记录速率应不低于100次/秒，并具 有多种可选记录速率，实时传送速率的整数倍 保存时间 装置动态数据的保存时间应不少于14天,冗余配置的CSS200/1P,CSS-200/1P,数据集中 可接入站内多个CSS-200/1A 、CSFU-107装置 数据传输 上传速率可选，一般为25、50、100Hz 遵循“电力系统动态监测系统技术规范”的要求设计 数据记录（保存在本地硬盘上） 连续记录 14天 扰动记录 4800Hz 主站可以主动召唤子站的录波数据 实时数据显示、监视界面状态显示,CSS-20

12、0/1P,扰动触发条件： 频率越限 相电压、相电流越限 正/负/零序电压、电流越限 相电压、相电流跃变 正/负/零序电压、电流跃变 发电机功角超前和滞后越限 开入量触发 本地手动触发 远方触发（主站手动触发、联网触发）,局部放大图,CSC-187A光电转化器,通信接口装置 工业级的以太网光电转换设备 可选2、4、6路光电转换 交/直流 110/220V 或直流48V 19英寸、1U高度机箱,CSC-187D以太网交换机,通信接口装置 工业级的16口10M/100M自适应以太网交换机 交/直流 110/220V 或 直流 48V 19英寸、1U高度机箱,CSFU-107内电势测量装置,输入： 机

13、组键相脉冲信号：1脉冲/转，高电平小于25V，低电平大于-25V，高低电平差值大于3V 机组机端电压：相电压或线电压均可 GPS时钟信号 输出： 100M光电以太网CSS-200/1P RS232串口接数显表，显示功角测量值 420A输出与功角测量值成正比，接入DCS系统,CSFU-107面板状态,发电机功角,通过测量键相脉冲信号间接得到内电势Eq的相位，键相脉冲发生时刻对应转子上某个固定位置（键相槽），因此键相脉冲矢量与发电机内电势相量存在恒定的角度偏差，正常运行过程中，装置可测得键相脉冲、机端电压和GPS参考矢量的相位，补偿初始角后即可精确测得内电势绝对角和发电机功角。,功 角：内电势Eq

14、与机端电压之间 的角度 内电势绝对角：内电势Eq领先GPS 参考矢量的角度 （或转子位置绝对角） 初始位置角： 键相脉冲矢量始终领先内电势Eq常数角,键相脉冲接入方式,TSI汽轮机系统： 本特利 EPRO 常用键相传感器： 电涡流型 霍尔型,现场加装键相传感器,发电机键相传感器PR9376,PR9376，EPRO公司TSI系统专用传感器，霍尔原理 德国原装进口 1030V直流供电 电源及输出信号线共3芯，4m铠装缆，根据需要续接普通电缆 圆柱型，长度小于150mm，直径为14mm 外套固定螺母M18x1.5mm丝孔,键相脉冲实测波形,通常为负电平信号，部分电厂为TTL正电平信号，脉冲幅值个体差

15、异较大 脉冲宽度个体差异大，与发电机转速及齿槽大小有关,转子轴,键相传感器,安装支架,转速传感器,键相脉冲安装实例 _火电机组,转子轴键相槽示意,键相脉冲安装实例 _水电机组,支架/传感器/贴片,水轮机大轴,键相脉冲安装实例 _水电机组,工程方案与实施,PMU子站的组屏方式,a.集中式组屏方式 b.分布式组屏方式,集中组屏方式,特点： 集中配置 集中采集 集中处理,*500kV变电站PMU系统连接示意图,分布组屏方案,特点: 分布安装 就近采集,山西长治1000kV变电站PMU连接示意图,工程实施,根据工程设计图纸完成屏体安置就位，电缆、光缆敷设 外接GPS天线的架设，安装位置合理 电缆接入、

16、光缆熔接 装置带电，通道测试（需要厂家配合） 接入量信息配置，间隔名称、变比、参数 功能测试，模拟量、直流量、开入、开出、告警测试 接入实际量，信息核对 主子站间通讯，配合测试 投入运行,GPS天线的安装,正确,注意事项： 天线的长度。 合理的架设位置。 天线敷设过程中的保护措施。 支架固定及屏内保护。,正确,错误,投运工程的扩建,确定新增加间隔接入位置 原采集装置是否满足接入量要求 接入量信息确认（间隔、变比） 更新PMU的配置表 主站从新召唤子站配置 接入后的数据核对,主子站通讯原则,相量测量标准,国外：IEEE1344，C37.118 国内：电力系统实时动态监测系统技术规范 2003年制

17、定，2005年第一次修订 相角的定义 通信格式和方式 数据存储方式 PMU装置技术指标,主子站通讯_准备工作,厂站端PMU完成安装、调试 完成接入量配置信息，核对间隔名称、变比、数据正常 接入实际的模拟量和开关量，数据核对 申请开通主子站间通道 根据调度下发的通道地址配置PMU通讯IP地址、网关等信息,提供厂站端配置的IDCODE 建立连接后测试通道的丢包率 与主站核对接入量信息符合要求 核对数据 功能测试、实时/离线数据、告警状态 观察通讯状态,主子站通讯_配合接入,通信连接示意图,通讯方式,数据传输基本规定,主站与子站的通信采用TCP作为底层通信协议。 子站可以与多个主站进行通信。 主站与

18、子站之间交换的报文类型：配置帧、数据帧、命令帧、头帧。 主站与子站的通信需要建立两个连接： 数据连接，即实时传输数据报文的逻辑通道。传输方向为单向的，子站到主站；子站为连接建立的客户端，主站为服务端。 命令连接，即实时传输命令报文和响应命令报文的逻辑通道。传输内容包括头帧、配置帧、命令帧。传输方向为双向的；子站为连接建立的服务端，主站为客户端。,报文传输格式,所有传输帧都以2个字节的帧同步字开始，后紧随着2个字节的帧长、4个字节的世纪秒。 所有帧以CRC16 的校验字结束，其初始值规定为0。 所有传输帧都没有分界符 。,通用报文传输格式实例,配置帧CFG-1,CFG-1为子站系统全配置文件，由

19、子站生成，包括子站的所有输出量 ； 数量：子站只有1个CFG-1. 主要内容：相量数据、模拟量数据、开关量数据的名称和转换系数。 子站根据CFG-1生成本地连续动态数据记录； 根据主站召唤，从子站传送到主站。,配置帧CFG-2,CFG-2是通信数据配置文件，为CFG-1的子集；建议由主站生成，说明数据帧的实际配置状况，以及报文传输速率； 数量：子站对应不同的主站，可以有不同的CFG-2. 内容：CFG-1包括CFG2，为CFG-1的子集。 子站可接收主站的CFG-2报文，定时生成数据帧，发送给主站； 子站可根据主站召唤，将CFG-2传送到主站。,数据帧DATA,方向：由子站根据CFG-2产生D

20、ATA报文，实时发送到主站。 作用：传输实时测量数据。 内容：数据时标、数据质量、相量、频率和模拟量和开关量。 传送周期：由CFG-2确定，通常有10ms、20ms、40ms （对应100次/秒、50次/秒、25次/秒）。,数据帧状态字,STAT：按位对应含义的状态字，表明当前时刻子站装置的工作状态： 数据是否可用 装置工作状态 同步状态 触发记录状态,命令帧CMD,子站或主站均可获得对方发来的命令，并且根据命令进行相应的操作。 开始数据传输、关闭数据传输、上传CFG-1、上传CFG-2、下传CFG-2等。 心跳信号、确认帧等。,WAMS通信流程_子站接入流程,WAMS通信流程_通讯工作流程,

21、离线数据传输协议,子站存储的离线数据包含： 动态记录数据文件 暂态数据文件 事件标识数据 主、子站之间建立一条TCP链接作为离线 数据传输管道 报文类型包括： 传输命令帧 事件标识帧 传输数据帧 文件目录帧,子站数据命名规则,子站数据命名规则关系到主站、子站对同一信息对象表示方法的一致性。 站名代码命名规则 装置标识符的命名规则 信息对象名的命名规则,站名和标识符的命名规则,站名代码命名规则：站名代码以厂站的汉字实名表，长度为16个字节。例如，“山西大同二电厂”。 标识符命名规则：IDCODE由“省份名称”、“厂站名称及类型”、“站内设备编号”3个字段组成,信息对象名的命名规则,格式：站名4-

22、元件名7-类型3,0DT2-0001#机-UAV,0CZb-长南1线-I1V,0YTb-1#变500-00P,长治变长南1线电流正序,大同二厂1#机组电压A相,雁同变1#主变高压侧有功,线路： 线路两端厂站名的汉字缩写 线路编号 汉字“线” （线路编号中甲/乙用拼音缩写J/Y表示） 例1： 长南一线长南1线 例2： 长南甲线长南J线 例3： 长南线0长南线 变压器： 变压器编号 +(#变) 电压等级 例1：1号变压器500kV侧1#变500 例2：3号变压器220kV侧3#变220,设备对象名的命名规则,机组/母线定义,机组： 发电机发电机编号 “机” 例：1号发电机0001#机 母线: 母线

23、编号 “母” 电压等级 （母线分段“甲/乙”用拼音缩写J/Y表示） 例1：220kV母线4甲段4J母220 例2：220kV母线4a段4a母220 例3：500kV母线1段1母500,运行与维护,运行状态监视,装置 状态,通讯 状态,运行 报文,一次设备运行界面,线电压,线电流,功率状态,机组内电势、功角、励磁信息,计算/实测 功角信息,励磁信息,相量运行监视,电流,电压,相量图,模拟量状态界面,间隔,开关量状态界面,监视界面退出,日常运行维护,监测点： 装置面板指示灯状态 运行监视界面显示状态 接入量信息确认 通讯、对时状态,告警点： 装置告警：装置指示灯状态、监视界面运行状态、 开出告警信

24、号、主站监测反馈 数据采集：变比、量程、回路、相序 GPS失锁：安装位置、遮挡、电缆 通讯问题：物理中断、设备故障、数据丢包,日常运行维护,监视界面_对时告警,CSS-200/1A采集单元对时异常,时钟同步：红色 装置告警：红色,采集装置同步对时告警,故障现象： 监视界面GPS_ SOC栏单台采集装置红色状态 监视界面报文窗口显示采集装置GPS告警 采集装置时钟同步/装置告警亮红色 告警开出监控系统显示PMU装置告警 主站监测的同步异常 处理方法： 检查采集装置对时连接光纤跳线情况，异常更换 检查对时装置GPS输出工作是否正常，异常更换,监视界面_对时告警,采集装置同步对时告警,故障现象： 监

25、视界面GPS_ SOC栏显示所有装置红色状态 监视界面报文窗口显示所有采集装置GPS告警 采集装置时钟同步/装置告警亮红色 告警开出监控系统显示PMU装置告警 主站监测的同步异常 处理方法： 检查采集装置对时连接光纤跳线情况，异常更换 检查对时装置GPS输出工作是否正常，异常更换 检查外接GPS天线安装是否正常，电缆连接状态,监视界面_装置通讯告警,CSS-200/1A采集单元通讯异常,以太网：红色 装置告警：红色,采集装置通讯告警,故障现象： 监视界面IP栏显示采集装置红色状态 监视界面报文窗口显示采集装置通讯中断 采集装置面板以太网/装置告警亮红色 告警开出监控系统显示PMU装置告警 主站

26、监测的子站异常 处理方法： 检查采集装置通讯光/电以太网连接情况 Ping命令测试物理连接状态 检查以太网交换机工作状态,监视界面_主子站通讯告警,主子站通讯告警,故障现象： 监视界面对外通讯状态显示红色(ERR)状态 告警开出监控系统显示PMU装置告警 主站监测的通讯异常 处理方法： Ping命令测试主子站物理连接状态 查看数据网工作状态 重启建立连接,监视界面_PT/CT告警,PT/CT断线告警,故障现象： 监视界面装置内部状态中采集装置PT/E与CT/U栏红色告警 监视界面显示采集单元接入量中告警间隔名称 告警开出监控系统显示PMU装置告警 主站监测的子站异常 处理方法： 测量接入量实际

27、值 查看端口接入位置是否存在接入问题,监视界面_键相信号/机端电压异常,键相脉冲/机端电压异常告警,故障现象： 监视界面装置内部状态中采集装置PT/E与CT/U栏红色告警 监视界面显示采集单元接入量中告警间隔名称 告警开出监控系统显示PMU装置告警 主站监测的通讯异常 处理方法： 测量接入量实际值 查看端口接入位置是否存在问题,CSD-361系列 分布式同步相量测量装置,.,111,装置外观,主机 CSD-361A/C,从机 CSD-361B/D,.,112,插件布局,CSD-361A,CSD-361D,CSD-361B,CSD-361C,.,113,装置内部插件,.,114,主要技术参数,.,115,计算插件,配置： 三个（ 2电、1光）独立的以太网口，可选配500G硬盘。只配置在主机箱中。 用途： 汇集全站的相量测量数据接入WAMS主站 本地动态数据存储,每块数据集中插件上均配置一块500G硬盘. 数据存储路径： mnt/disk_b/loopdata/月/日/小时 接入本地工作站。 内网地址：192.178.111.4/5 默认外网地址 Eth1：192.178.1.100 Eth2：192.178.2.100 Eth3：192.178.3.100,.,116,配置：每个机箱配置一块 功能： 监视机箱内部各功能插件的工作状态； 支持人机界面接口，驱动液晶面板或指