PAC-2000電力系統(tǒng)相量測量說明書.doc

pac-2000電力系統(tǒng)相量測量裝置技 術(shù) 說 明 書（v2.0）中國電力科學(xué)研究院china electric power research institute目 錄1概述1-11.1相量測量技術(shù)的研究歷程1-11.2同步相量測量技術(shù)1-21.3同步相量測量裝置（pmu）1-31.4電力系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)1-41.5pac-2000電力系統(tǒng)相量測量裝置1-51.5.1裝置組成1-51.5.2技術(shù)特征1-52裝置主要功能2-12.1實(shí)時監(jiān)測2-12.2實(shí)時記錄2-12.3暫態(tài)記錄2-12.4發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢及功角監(jiān)測2-22.5時鐘同步2-22.6運(yùn)行監(jiān)視2-22.7數(shù)據(jù)分析2-22.8裝置告警2-32.9故障自恢復(fù)2-33集中式相量測量裝置3-13.1裝置硬件3-13.1.1硬件結(jié)構(gòu)框圖3-13.1.2裝置柜體布置圖3-13.1.3信號變換單元布置圖3-23.2裝置軟件3-33.2.1操作系統(tǒng)3-33.2.2軟件結(jié)構(gòu)3-33.2.3相量測量算法3-33.3裝置的對外通信3-43.3.1裝置與主站的通信3-43.3.2裝置與變電站監(jiān)控系統(tǒng)的通信3-53.4裝置技術(shù)參數(shù)3-53.4.1工作環(huán)境的大氣條件3-53.4.2額定參數(shù)3-53.4.3規(guī)格參數(shù)3-63.4.4功率消耗3-73.5裝置技術(shù)性能指標(biāo)3-73.5.1主要功能指標(biāo)3-73.5.2測量精度3-93.5.3交流輸入量的過載能力3-93.5.4絕緣性能3-93.5.5耐濕熱性能3-103.5.6電磁兼容性能3-103.5.7機(jī)械性能3-114分布式相量測量裝置4-14.1分布式相量測量裝置結(jié)構(gòu)4-14.2數(shù)據(jù)采集單元（pac-2000s）4-24.2.1基本功能4-24.2.2硬件結(jié)構(gòu)4-34.2.3技術(shù)參數(shù)4-44.2.4通道配置4-54.3gps授時單元(pac-2000g)4-64.3.1概述4-64.3.2技術(shù)參數(shù)4-64.4數(shù)據(jù)集中處理單元(pac-2000p)4-64.4.1概述4-64.4.2技術(shù)參數(shù)4-74.4.3基本功能4-74.5調(diào)試軟件4-84.5.1基本功能4-9ii2004-09-036概述1 概述相量測量技術(shù)的研究歷程近年來，隨著全國聯(lián)網(wǎng)、西電東送、南北互供工程的實(shí)施，電網(wǎng)規(guī)模逐步增大，電網(wǎng)成分構(gòu)成日趨復(fù)雜。此外，電力市場化機(jī)制的建立將使電力公司為充分利用現(xiàn)有輸變電設(shè)備的能力，而造成輸電線路的負(fù)載會接近穩(wěn)定極限。這些都對現(xiàn)代電力系統(tǒng)的分析、運(yùn)行和控制技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。電力系統(tǒng)同步相量測量技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，被稱為電力系統(tǒng)三項(xiàng)前沿課題之一。它能為我國電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力的監(jiān)測手段，極大提高電力系統(tǒng)的監(jiān)控水平和穩(wěn)定運(yùn)行水平。國內(nèi)同步相量測量技術(shù)的研究起步于1994年，中國電力科學(xué)研究院與臺灣歐華科技公司合作開發(fā)了基于同步相量測量的電力系統(tǒng)穩(wěn)定監(jiān)錄系統(tǒng)，它主要用于監(jiān)測系統(tǒng)主要斷面的功角穩(wěn)定運(yùn)行情況、觀測線路上出現(xiàn)的低頻功率振蕩現(xiàn)象以及記錄系統(tǒng)受擾動后各監(jiān)測點(diǎn)的動態(tài)過程，該系統(tǒng)在國內(nèi)推廣應(yīng)用較早，積累了豐富的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，目前已在國內(nèi)多個電網(wǎng)建成功角監(jiān)測系統(tǒng)。1995年，在南方電網(wǎng)組建我國第一套實(shí)時功角監(jiān)測系統(tǒng)。1998年，開始構(gòu)建華東電網(wǎng)實(shí)時功角監(jiān)測系統(tǒng)。2001年，國調(diào)在陽城江蘇、福建華東聯(lián)絡(luò)線上安裝了實(shí)時功角監(jiān)測裝置。2001年，開始構(gòu)建福建電網(wǎng)實(shí)時功角監(jiān)測系統(tǒng)。2002年，開始構(gòu)建四川電網(wǎng)實(shí)時功角監(jiān)測系統(tǒng)。2002年，中國電科院研制的發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢測試儀在華東電網(wǎng)徐州電廠正式投入運(yùn)行。2002年，中國電科院作為主要起草單位，參加了國調(diào)中心電力系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（試行）的編寫。2003年，組建東北電網(wǎng)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（一期工程），中國電科院在國內(nèi)首次成功地將不同廠家、不同型號的pmu裝置集成在同一個電力系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中。2004年，中國電科院研制的新一代pmu裝置pac-2000電力系統(tǒng)相量測量裝置正式在系統(tǒng)中投入運(yùn)行。迄今為止，中國電科院已在國調(diào)系統(tǒng)、南方電網(wǎng)、華東電網(wǎng)、東北電網(wǎng)、華中電網(wǎng)、西北電網(wǎng)組建了多個電力系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，積累了豐富的研究和工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。同步相量測量技術(shù)同步相量測量是利用高精度的gps衛(wèi)星同步時鐘實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)母線電壓和線路電流相量的同步測量，通過通信系統(tǒng)傳送到電網(wǎng)的控制中心或保護(hù)、控制器中，用于實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測控制或?qū)崿F(xiàn)區(qū)域保護(hù)和控制。交流電力系統(tǒng)的電壓、電流信號可以使用相量表示，相量由兩部分組成，即幅值x（有效值）和相角，用直角坐標(biāo)則表示為實(shí)部和虛部。所以相量測量就必須同時測量幅值和相角。幅值可以用交流電壓電流表測量；而相角的大小取決于時間參考點(diǎn)，同一個信號在不同的時間參考點(diǎn)下，其相角值是不同的。所以，在進(jìn)行系統(tǒng)相量測量時，必須有一個統(tǒng)一的時間參考點(diǎn)，高精度的gps同步時鐘就提供了一個這樣的參考點(diǎn)。任意兩個相量在統(tǒng)一時間參考點(diǎn)下測得的兩個相角的“差”即為兩地功角，這就是相量測量的基本原理。設(shè)正弦信號：x(t)=(1)可以采用相量表示為：=(2)由式(2)可見，相量有兩種表示方法：直角坐標(biāo)法（實(shí)部和虛部）和極坐標(biāo)法（幅度值和相位）。交流信號通過傅里葉變換，將輸入的采樣值轉(zhuǎn)換到頻域信號，從而得到相量值。式(1)可以用相量的形式表示出來：(3)圖11 交流信號相量圖如圖11所示，v(t)代表變換器要處理的瞬時電壓信號，通過傅里葉變換，電壓或電流可以用相量的形式表示出來。假設(shè)電力系統(tǒng)中的兩個節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的電壓信號分別為、，其對應(yīng)的相量分別為、。當(dāng)t=0時刻接收到gps系統(tǒng)發(fā)送的秒脈沖信號（1pps），兩節(jié)點(diǎn)同步電壓相量如圖12所示，在統(tǒng)一的坐標(biāo)系中超前90。圖12 同步相量測量原理同步相量測量裝置（pmu）同步相量測量裝置是電力系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，通過該裝置可以進(jìn)行同步相量的測量和輸出以及進(jìn)行動態(tài)記錄。相量測量裝置的主要特點(diǎn)和技術(shù)關(guān)鍵：a) 同步性：相量測量裝置必須以精確的同步時鐘信號（如gps）作為采樣過程的基準(zhǔn)，使各個遠(yuǎn)方節(jié)點(diǎn)的相量之間存在著確定統(tǒng)一的相位關(guān)系。相量測量裝置能利用同步時鐘的秒脈沖信號同步裝置的采樣脈沖，采樣脈沖的同步誤差應(yīng)不大于1s。b) 實(shí)時性：相量測量裝置在高速通信系統(tǒng)的支撐下，能實(shí)時地將各種數(shù)據(jù)傳送至多個主站，并接收各主站的相應(yīng)命令。c) 高速度：相量測量裝置必須具有高速的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線和對外通信接口，以滿足大量實(shí)時數(shù)據(jù)的測量、存貯和對外發(fā)送。d) 高精度：相量測量裝置必須具有足夠高的測量精度，一般a/d需在16位及以上，裝置測量環(huán)節(jié)產(chǎn)生的信號相移必須要進(jìn)行補(bǔ)償，裝置的測量精度包括幅值和相角的精度。e) 高可靠性：相量測量裝置必須具備很高的可靠性，以滿足未來的動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性要求。可靠性體現(xiàn)在兩方面，一是裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性；二是記錄數(shù)據(jù)的安全可靠性。f) 大容量：相量測量裝置必須具備足夠大的存貯容量，以保證能長期記錄和保存相量數(shù)據(jù)、暫態(tài)數(shù)據(jù)。電力系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)電力系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是建立在廣域測量基礎(chǔ)上的，對電力系統(tǒng)動態(tài)過程進(jìn)行監(jiān)測和分析的系統(tǒng)。電力系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)面向電力系統(tǒng)動態(tài)安全監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的動態(tài)過程進(jìn)行監(jiān)測和分析。在現(xiàn)代復(fù)雜電網(wǎng)中，由于動態(tài)過程的復(fù)雜性，要分析系統(tǒng)動態(tài)過程，往往必須分析系統(tǒng)多個點(diǎn)的動態(tài)過程。而電力系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以使我們分析整個系統(tǒng)的動態(tài)行為。系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)與ems系統(tǒng)的結(jié)合，與ems相互補(bǔ)充，逐步實(shí)現(xiàn)新一代的動態(tài)ems。并將逐步實(shí)現(xiàn)與安全自動控制系統(tǒng)的聯(lián)接，提高大區(qū)域電網(wǎng)的安全控制的適應(yīng)性。最終將實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的動態(tài)過程的控制。電力系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)由子站和分析中心站及高速通信網(wǎng)絡(luò)組成。a) 子站是安裝在同一發(fā)電廠或變電站的相量測量裝置和數(shù)據(jù)集中器的集合。子站可以是單臺相量測量裝置，也可以由多臺相量測量裝置和數(shù)據(jù)集中器構(gòu)成。一個子站可以同時向多個主站傳送測量數(shù)據(jù)。子站能測量、發(fā)送和存儲實(shí)時測量數(shù)據(jù)。子站能與變電站自動化系統(tǒng)或發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)交換信息。b) 分析中心站一般由主站或主站及在主站基礎(chǔ)平臺之上的高級應(yīng)用工作站等組成。主站是安裝在電力系統(tǒng)調(diào)度中心、變電站或發(fā)電廠，用于接收、管理、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)源自子站數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。主站能接收、管理、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)源自子站的實(shí)時測量數(shù)據(jù)，主站之間能交換實(shí)時測量數(shù)據(jù)。分析中心站安裝在電力系統(tǒng)調(diào)度中心，是具有對實(shí)時相量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和存儲歸檔，對電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測、分析、告警等功能的主站。分析中心站能對實(shí)時相量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和存儲歸檔，對電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測、分析、告警等，以提高調(diào)度機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確把握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的能力，并有助于研究大電網(wǎng)的動態(tài)過程，為制訂電力系統(tǒng)控制策略和設(shè)計(jì)、運(yùn)行、規(guī)劃方案提供依據(jù)。典型的電力系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖13所示主站b主站a主站c子站a子站b子站c子站d子站e子站f區(qū)域電網(wǎng)a區(qū)域電網(wǎng)b圖13 電力系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖pac-2000電力系統(tǒng)相量測量裝置1.1.1 裝置組成pac-2000電力系統(tǒng)相量測量裝置具有分布式（pac-2000d）和集中式（pac-2000c）兩個系列。分布式（pac-2000d）主要由數(shù)據(jù)采集單元（pac-2000s）、數(shù)據(jù)集中處理單元（pac-2000p）、gps授時單元（pac-2000g）構(gòu)成。集中式（pac-2000c）由信號變換單元（pac-2000t）和相量測量單元（pac-2000m）組成。分布式各個單元可單獨(dú)組屏也可集中組屏，可靈活安裝于變電站繼保小室內(nèi)。集中式的變換處理單元與相量測量單元必須在同一屏上，適合于接入量多且集中的場合。1.1.2 技術(shù)特征a) 高性能的硬件平臺集中式相量測量裝置采用業(yè)界高端的compactpci工控總線和dsp并行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相結(jié)合的硬件平臺，具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)層次清晰、總線速度快、系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。同時，裝置嚴(yán)格按照compactpci工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、開放式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于裝置調(diào)試、現(xiàn)場維護(hù)和產(chǎn)品升級。compactpci總線是一個主要應(yīng)用于通訊、航天和軍工領(lǐng)域的高性能、高可靠性總線平臺，具有32 / 64 bit總線寬度，33 / 66 mhz總線速度，132 / 528 mbps峰值傳送速率，由于總線采用氣密針式全屏蔽連接器，具有耐腐蝕、抗振動、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。非常適合數(shù)據(jù)流量大、實(shí)時性強(qiáng)、可靠性要求高、抗干擾性要求嚴(yán)格的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時控制裝置。分布式相量測量裝置采用先進(jìn)的嵌入式工控平臺，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，積木式架構(gòu)利于產(chǎn)品的調(diào)試、現(xiàn)場維護(hù)和產(chǎn)品升級。b) 嵌入式工控軟件平臺裝置采用嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)qnx（6.2.1版）作軟件平臺，具有超強(qiáng)的穩(wěn)定性、可靠性和可維護(hù)性。裝置軟件系統(tǒng)按功能劃分為一個監(jiān)控及管理模塊，四個獨(dú)立的功能模塊：數(shù)據(jù)采集、文件管理、人機(jī)界面、對外通訊。各功能模塊在監(jiān)控及管理模塊的監(jiān)管下獨(dú)立運(yùn)行，相互之間通過共享數(shù)據(jù)區(qū)交換數(shù)據(jù)和信息。各模塊可以單獨(dú)升級，單個模塊發(fā)生異常時不會影響其他模塊的正常運(yùn)行，當(dāng)監(jiān)控模塊發(fā)現(xiàn)某一功能模塊異常時，能夠自動將其殺死并重新啟動該模塊。c) 安全的數(shù)據(jù)存儲方案裝置的操作系統(tǒng)、程序和數(shù)據(jù)文件分別存放在不同的存儲介質(zhì)中，操作系統(tǒng)和程序保存在高可靠的compactflash電子卡中，數(shù)據(jù)文件一式兩份同時保存在兩個獨(dú)立的大容量硬盤中，互為備份。采用這種數(shù)據(jù)存貯方案，一方面保證了裝置運(yùn)行的可靠性不受硬盤故障的影響，另一方面在單個硬盤發(fā)生故障時保障了測量數(shù)據(jù)不會丟失，極大地提高了裝置運(yùn)行的可靠性和測量數(shù)據(jù)的安全性。d) 全面綜合的監(jiān)測功能裝置具備完善的實(shí)時監(jiān)測、實(shí)時記錄和暫態(tài)錄波功能，三者既相互配合，又互不干擾，可以完整地記錄電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)和暫態(tài)過程，準(zhǔn)確捕捉各種系統(tǒng)擾動和異常運(yùn)行狀況。e) 發(fā)電機(jī)功角及內(nèi)電勢測量裝置可以利用軸信號測量發(fā)電機(jī)功角和發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢。也可以通過軟件計(jì)算發(fā)電機(jī)功角和發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢。f) 強(qiáng)大的通訊功能裝置可以同時向多個不同的主站按不同的cfg2配置文件傳送實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)；裝置可根據(jù)主站的要求按規(guī)范格式向主站傳送實(shí)時記錄和暫態(tài)記錄數(shù)據(jù)文件；裝置可按dl/t 667-1999傳輸規(guī)約（103規(guī)約）與變電站監(jiān)控系統(tǒng)通信。g) 完善的事件記錄功能裝置事件記錄包括運(yùn)行日志、異常日志、事件標(biāo)識日志、暫態(tài)錄波日志，每種日志記錄數(shù)最多可達(dá)1000條。通過查閱這些日志，可以準(zhǔn)確了解裝置的歷史運(yùn)行狀況，gps信號的有效和無效狀況；方便地查找電力系統(tǒng)的故障和擾動記錄信息。h) 人機(jī)界面友好裝置采用屏上安裝式液晶顯示器和鼠標(biāo)鍵盤，與同類裝置相比，人機(jī)接口非常完善，采用全漢化的圖形界面，無需任何輔助工具，便可以方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置、參數(shù)設(shè)置、定值整定、裝置校驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析。i) 數(shù)據(jù)分析功能豐富無需任何輔助工具，用戶可以方便地通過裝置的人機(jī)界面對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)觀察、跟蹤分析和離線分析。觀察和分析的內(nèi)容包括分相電壓電流、正序電壓電流、有功功率、無功功率、頻率、發(fā)電機(jī)功角及內(nèi)電勢、諧波含量等。信號顯示方式也很靈活，具有數(shù)值、圖表、曲線和矢量圖等多種方式。j) 擴(kuò)展能力強(qiáng)由于裝置采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、開放式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此功能擴(kuò)展非常靈活方便。通過擴(kuò)充不同的硬件和軟件模塊，便可以將裝置應(yīng)用于直流換流站監(jiān)測、發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況監(jiān)控、廣域安全穩(wěn)定控制、系統(tǒng)保護(hù)等領(lǐng)域。k) 輸入信號接口靈活裝置的輸入通道可以直接測量交流電壓、交流電流、直流電壓、直流電流、開關(guān)量信號。每個通道的量程可以獨(dú)立配置。l) 測量通道多集中式相量測量裝置單臺可以同時實(shí)現(xiàn)96路模擬量信號和64路開關(guān)量信號的同步測量。分布式相量測量裝置一個數(shù)據(jù)采集單元可以同時實(shí)現(xiàn)48路模擬量信號的同步測量。m) 采樣及傳輸速率高裝置的暫態(tài)采樣速率可達(dá)4800次/秒；實(shí)時記錄速率可達(dá)100次/秒；實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)的輸出速率可達(dá)100次/秒。n) 測量精度高裝置采用16位a/d變換器，32位dsp進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，硬件電路無可調(diào)節(jié)元件，采用多種軟件修正技術(shù)，具有極高的測量精度。o) 守時能力強(qiáng)，捕獲gps信號快裝置內(nèi)部采用高精度晶振和守時電路，在gps信號丟失的情況下能保證10h內(nèi)采樣時鐘誤差不大于150us。裝置在運(yùn)行過程中，只要捕獲到一顆衛(wèi)星信號便可保證走時精度。p) 均衡冗余供電技術(shù)集中式相量測量裝置采用兩路可熱插拔的電源均衡冗余供電，任何一路電源故障（無論是外部供電故障，還是內(nèi)部電源模塊故障）都不會影響裝置的正常運(yùn)行，更換電源模塊時裝置無須停運(yùn)。2-32 裝置主要功能實(shí)時監(jiān)測a) 裝置可以實(shí)時測量和顯示三相基波電壓相量、三相基波電流相量、基波正序電壓相量、基波正序電流相量、有功功率、無功功率、系統(tǒng)頻率、開關(guān)狀態(tài)、非交流電壓電流信號，以及發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢和發(fā)電機(jī)功角。b) 裝置可以向主站實(shí)時傳送三相基波電壓相量、三相基波電流相量、基波正序電壓相量、基波正序電流相量、系統(tǒng)頻率、開關(guān)狀態(tài)、非交流電壓電流信號，以及發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢。c) 裝置可以同時向多個主站傳送實(shí)時測量數(shù)據(jù)，各主站可以配置不同的cfg2來獨(dú)立選擇要傳送的測量數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)輸出速率。d) 裝置可以將時鐘同步狀態(tài)、事件標(biāo)示等信號實(shí)時傳送給主站。e) 可以接收主站的提供的參考站的相量信息，進(jìn)行發(fā)電機(jī)組功角矢量圖顯示，監(jiān)視機(jī)組的穩(wěn)定儲備裕度，可提前預(yù)測穩(wěn)定趨勢，并進(jìn)行報(bào)警。實(shí)時記錄a) 裝置可以連續(xù)不間斷地記錄所測量的三相基波電壓相量、三相基波電流相量、基波正序電壓相量、基波正序電流相量、系統(tǒng)頻率、開關(guān)狀態(tài)、非交流電壓電流信號，以及發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢。b) 當(dāng)裝置監(jiān)測到電力系統(tǒng)發(fā)生擾動時，裝置能結(jié)合時標(biāo)建立事件標(biāo)識，并向主站發(fā)送告警信息。c) 裝置可以監(jiān)測并記錄時鐘的同步狀態(tài)。d) 裝置可以就地顯示、分析和輸出實(shí)時記錄數(shù)據(jù)。e) 裝置可以按照主站的要求向主站傳送實(shí)時記錄數(shù)據(jù)。f) 裝置記錄的數(shù)據(jù)具有足夠的安全性，不會因直流電源中斷而丟失，不會因外部訪問而刪除，不提供人工刪除和修改的功能。暫態(tài)記錄a）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生暫態(tài)擾動時裝置可以通過高速采樣記錄電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程。b）暫態(tài)記錄數(shù)據(jù)輸出格式符合ansi/ieee c37.111-1999（comtrade）標(biāo)準(zhǔn)要求。c）具有多種錄波啟動判據(jù)d) 裝置可以就地顯示、分析和輸出暫態(tài)記錄數(shù)據(jù)。e) 裝置可以按照主站的要求向主站傳送暫態(tài)記錄數(shù)據(jù)。f) 裝置記錄的暫態(tài)數(shù)據(jù)具有足夠的安全性，不會因直流電源中斷而丟失，不會因外部訪問而刪除，不提供人工刪除和修改的功能。發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢及功角監(jiān)測a) 裝置可以通過監(jiān)測發(fā)電機(jī)大軸位置信號和機(jī)端電壓相量來測量發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢和發(fā)電機(jī)功角。b) 裝置可以根據(jù)發(fā)電機(jī)電氣參數(shù)和機(jī)端的電壓相量、電流相量來計(jì)算發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢和發(fā)電機(jī)功角。時鐘同步a) 裝置具有內(nèi)置的gps接收引擎，可以接受gps定時信號，并用同步采樣脈沖。b) 具有守時電路，在失去gps信號時仍能在長時間內(nèi)維持同步采樣。c) 可接收來自其他裝置的同步時鐘信號和pps脈沖信號。d) 可向其他裝置發(fā)送同步時鐘信號和pps脈沖信號。運(yùn)行監(jiān)視利用裝置的人機(jī)界面，可以實(shí)時顯示下列信息：分相基波電壓相量、分相基波電流相量；基波正序電壓相量、基波正序電流相量；發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢和發(fā)電機(jī)功角；有功功率、無功功率；系統(tǒng)頻率；開關(guān)狀態(tài)；gps同步狀態(tài)；系統(tǒng)同步時鐘；裝置各模塊工作狀態(tài)。裝置具有多種顯示界面：數(shù)值顯示；曲線顯示；矢量圖顯示。數(shù)據(jù)分析a) 實(shí)時記錄數(shù)據(jù)分析。b) 暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)分析。c) 諧波分析。d) 通道運(yùn)算。裝置告警裝置具有在線自檢功能，在裝置故障、pt或ct斷線、直流電源消失、通訊異常時可以發(fā)出告警信號。故障自恢復(fù)裝置具有自恢復(fù)電路，在正常情況下，裝置不出現(xiàn)程序走死的情況，在因干擾而造成程序走死時，能通過自復(fù)位電路自動恢復(fù)正常工作。裝置技術(shù)性能指標(biāo)3 集中式相量測量裝置裝置硬件pac-2000電力系統(tǒng)相量測量裝置（集中式）采用業(yè)界高端的compactpci工控總線和dsp并行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相結(jié)合的硬件平臺，具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)層次清晰、總線速度快、系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。同時，裝置嚴(yán)格按照compactpci工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、開放式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于裝置調(diào)試、現(xiàn)場維護(hù)和產(chǎn)品升級。3.1.1 硬件結(jié)構(gòu)框圖裝置的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示。圖31 裝置硬件結(jié)構(gòu)框圖3.1.2 裝置柜體布置圖裝置屏體的布置如圖22所示，圖(a)為屏體的正面圖，圖(b)為屏體的背面圖。圖32 裝置屏體布置圖3.1.3 信號變換單元布置圖信號變換單元布置圖如圖23所示，其中ai1ai4為模擬量輸入信號插件，di1di4為開關(guān)量輸入信號插件，do1、do2為開關(guān)量輸出信號插件，com為連接插件，用于相量測量單元與信號變換單元之間的信號連接。圖33 信號變換單元布置圖裝置軟件3.1.4 操作系統(tǒng)pac-2000電力系統(tǒng)相量測量裝置（集中式）以qnx嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)為軟件運(yùn)行平臺。由加拿大qssl公司編寫的qnx嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)是真正基于微內(nèi)核、完全地址空間保護(hù)體系結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)，它能夠提供符合posix標(biāo)準(zhǔn)的多任務(wù)、線程、優(yōu)先級調(diào)度等所有嵌入式系統(tǒng)的要件，上下文切換速度極快，相對于其他同類操作系統(tǒng)，具有內(nèi)核小、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)簡便的特點(diǎn)。目前qnx嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，成為嵌入式開發(fā)領(lǐng)域最出色的操作系統(tǒng)之一。3.1.5 軟件結(jié)構(gòu)pac-2000裝置的軟件結(jié)構(gòu)如圖24所示，程序按功能劃分為一個監(jiān)控及管理模塊，以及數(shù)據(jù)采集、文件管理、人機(jī)界面、對外通訊等四個獨(dú)立的功能模塊，各功能模塊在監(jiān)控及管理模塊的監(jiān)管下獨(dú)立運(yùn)行，相互之間通過共享數(shù)據(jù)區(qū)交換數(shù)據(jù)和信息。圖34 裝置軟件結(jié)構(gòu)框圖該軟件系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：a) 各模塊相互獨(dú)立，單個模塊發(fā)生異常時不會影響其他模塊的正常運(yùn)行，當(dāng)監(jiān)控模塊發(fā)現(xiàn)某一功能模塊異常時，可以將其殺死并重新啟動。b) 各模塊可以獨(dú)立升級。c) 人機(jī)界面、程序界面友好，全中文顯示，操作簡便。d) 具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析工具，無須借助其他工具便可就地分析實(shí)時記錄數(shù)據(jù)和暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)。e) 具備高速、靈活的通訊功能。3.1.6 相量測量算法同步相量測量的基本算法是離散傅立葉變換（dft變換），即對輸入信號的采樣序列進(jìn)行dft變換求得相量。設(shè)輸入信號采樣序列為：其中為信號幅值，為信號相角。dft變換公式為：其中即為所求相量。為了得到高精度的相量值，裝置還對dft變換結(jié)果進(jìn)行了頻率補(bǔ)償和非線性補(bǔ)償處理。裝置的對外通信3.1.7 裝置與主站的通信a) pac-2000相量測量裝置（集中式）和主站通信的應(yīng)用層協(xié)議符合電力系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（試行）和ieee1344標(biāo)準(zhǔn)的要求。b) 裝置具有不少于兩個網(wǎng)絡(luò)接口和不少于兩個rs-232/rs-485接口，裝置與主站通信采用網(wǎng)絡(luò)通信方式。c) 在網(wǎng)絡(luò)通信方式下底層傳輸協(xié)議采用tcp協(xié)議。d) 系統(tǒng)的通信網(wǎng)可以使用微波、光纖、電話線。推薦使用2m以上電力數(shù)據(jù)網(wǎng)。當(dāng)系統(tǒng)不具備網(wǎng)絡(luò)通信條件時，可采用專用通道通信方式（如64k/2m g.703通道等）。e) 裝置可以與多個主站建立通信聯(lián)系，同時向多個主站傳送實(shí)時測量數(shù)據(jù)，各主站可以配置不同的cfg2來獨(dú)立選擇要傳送的測量數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)輸出速pac-2000電力系統(tǒng)相量測量裝置（集中式）適用于集中主控式的變電站及發(fā)電廠和電廠開關(guān)站，可以直接與多個主站通信。pmu調(diào)度中心主站2通信系統(tǒng)調(diào)度中心主站1調(diào)度中心主站3圖35 pmu裝置的多主站通信方式3.1.8 裝置與變電站監(jiān)控系統(tǒng)的通信pac-2000電力系統(tǒng)相量測量裝置（集中式）可通過串口或網(wǎng)絡(luò)接口接入變電站監(jiān)控系統(tǒng)，與變電站監(jiān)控系統(tǒng)通信采用dl/t 667-1999傳輸規(guī)約（103規(guī)約），上送報(bào)文包含裝置狀態(tài)信息、啟動判據(jù)定值等，其內(nèi)容可根據(jù)工程需求進(jìn)行裁剪或擴(kuò)展。裝置技術(shù)參數(shù)3.1.9 工作環(huán)境的大氣條件a) 環(huán)境溫度：10c55c。b) 相對濕度：595（在裝置內(nèi)部既無凝露，也不應(yīng)結(jié)冰）。c) 大氣壓力：70kpa106kpa。3.1.10 額定參數(shù)3.1.10.1 直流電源a) 額定電壓：220v；110v。b) 允許偏差：2015。c) 紋波系數(shù)：不大于5。3.1.10.2 交流電源a) 額定電壓：220v。b) 允許偏差：2015。c) 額定頻率：50hz。3.1.10.3 交流測量回路a) 交流電壓：v。b) 交流電流：1a；5a。c) 額定頻率：50hz。3.1.10.4 直流測量回路a) 直流電壓：75mv，可根據(jù)工程要求定制。b) 直流電流：4-20ma，可根據(jù)工程要求定制。3.1.11 規(guī)格參數(shù)3.1.11.1 模入信號a) 通道數(shù)量：48路、96路。b) 信號類型：交流電壓、交流電流、直流電壓、直流電流。3.1.11.2 開入信號a) 通道數(shù)量：64路、128路。b) 工作電源：直流220v、直流110v等。3.1.11.3 開出信號a) 通道數(shù)量：16路、32路。b) 信號類型：繼電器觸點(diǎn)。3.1.11.4 通信接口a) tcp/ip網(wǎng)絡(luò)接口：2路，可擴(kuò)展。b) rs 232串行接口：2路。3.1.11.5 顯示器a) 類型：彩色液晶。b) 規(guī)格：15” tft。3.1.12 功率消耗3.1.12.1 測量回路a) 交流電壓回路：當(dāng)額定電壓時，每相不大于0.1va。b) 交流電流回路：當(dāng)額定電流為5a時，每相不大于0.5va；當(dāng)額定電流為1a時，每相不大于0.1va。3.1.12.2 電源回路a) 直流電源回路：不大于100w。b) 交流電源回路：不大于100va。裝置技術(shù)性能指標(biāo)3.1.13 主要功能指標(biāo)3.1.13.1 實(shí)時監(jiān)測a) 實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)的輸出速率可以設(shè)置為25、50、100次/秒。b) 不同的主站可以有各自獨(dú)立的cfg2配置文件。c) 裝置實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)的輸出時延（相量時標(biāo)與數(shù)據(jù)輸出時刻之時間差）不大于30ms。3.1.13.2 實(shí)時記錄a) 實(shí)時記錄數(shù)據(jù)的記錄速率用戶可整定，可以設(shè)置為25、50、100次/秒。b) 實(shí)時記錄信號為裝置的全部測量通道。c) 能夠保存不少于連續(xù)14天的實(shí)時記錄數(shù)據(jù)，采用循環(huán)覆蓋的方式刷新記錄。d) 在模擬量信號判據(jù)啟動、繼電保護(hù)及安全自動裝置跳閘信號啟動、手動啟動、同步時鐘異常等情況下能夠建立事件標(biāo)識，以方便用戶獲取事件發(fā)生時段的實(shí)時記錄數(shù)據(jù)。3.1.13.3 暫態(tài)錄波a) 暫態(tài)錄波的最高記錄速率為4800次/秒（96點(diǎn)/周波），用戶可整定。b) 暫態(tài)錄波的記錄通道為裝置的全部測量通道。c) 暫態(tài)錄波的記錄長度用戶可以整定。d) 暫態(tài)錄波的啟動判據(jù)如下：頻率變化率越限；電壓突變；電流突變；頻率越限；電壓越限；電流越限；功角越限；低頻振蕩；開關(guān)量變位；接受主站的觸發(fā)命令。3.1.13.4 時鐘同步a) 時鐘同步信號為gps授時信號。b) 時鐘同步誤差不大于0.2s。c) 當(dāng)同步時鐘信號丟失或異常時，裝置能夠維持正常工作，守時精度為：失星2小時，時鐘同步誤差不大于30s；失星5小時，時鐘同步誤差不大于75s；失星10小時，時鐘同步誤差不大于150s；3.1.14 測量精度3.1.14.1 交流輸入量的測量范圍a) 交流電壓：02.0un。b) 交流電流：010in。3.1.14.2 測量誤差a) 電壓幅值：0.4un2.0un時，相對測量誤差不大于0.1%；0.1un0.4un時，相對測量誤差不大于0.2%。b) 電流幅值：0.4in10in時，相對測量誤差不大于0.1%；0.1in0.4in時，相對測量誤差不大于0.5%。c) 功率：引用測量誤差不大于0.1%。d) 頻率：505hz時，頻率測量誤差不大于0.001hz。e) 絕對相角：500.1hz時，角度測量誤差不大于0.1；501hz時，角度測量誤差不大于0.2；503hz時，角度測量誤差不大于0.5。3.1.15 交流輸入量的過載能力a) 交流電壓：1.2倍額定電壓，連續(xù)工作；1.4倍額定電壓，允許10s；2倍額定電壓，允許1s。b) 交流電流：2倍額定電流，連續(xù)工作；10倍額定電流，允許10s；40倍額定電流，允許1s。3.1.16 絕緣性能3.1.16.1 介質(zhì)強(qiáng)度在正常試驗(yàn)大氣條件下，按gb/t 7261-2000中19.3規(guī)定的部位，裝置能承受頻率為50hz，有效值為2000v，歷時1min的工頻耐壓試驗(yàn)。3.1.16.2 絕緣電阻在正常試驗(yàn)大氣條件下，按gb/t 7261-2000中19.3規(guī)定的部位，用開路電壓為直流500v的測試儀器測量各回路之間的絕緣電阻不小于20m。3.1.16.3 沖擊電壓在正常試驗(yàn)大氣條件下，裝置的直流電源輸入回路、交流輸入回路、輸出觸點(diǎn)回路對地，以及回路之間，能承受gb/t 7261-2000中19.4.3規(guī)定的電壓等級為5kv的沖擊電壓。3.1.17 耐濕熱性能裝置能承受gb/t 7261-2000第20章規(guī)定的濕熱試驗(yàn)。3.1.18 電磁兼容性能3.1.18.1 輻射電磁場抗擾度裝置能承受gb/t 14598.9-2002中第4章規(guī)定的試驗(yàn)嚴(yán)酷等級的輻射電磁場騷擾試驗(yàn)。3.1.18.2 快速瞬變抗擾度裝置能承受gb/t 14598.10-1996中4.1規(guī)定的嚴(yán)酷等級為級的快速瞬變干擾試驗(yàn)。3.1.18.3 脈沖群抗擾度裝置能承受gb/t 14598.13-1998中3.1.1規(guī)定的嚴(yán)酷等級為級的1mhz和100khz的脈沖群干擾試驗(yàn)。3.1.18.4 靜電放電抗擾度裝置能承受gb/t 14598.14-1998中4.2規(guī)定的嚴(yán)酷等級為4級的靜電放電試驗(yàn)。3.1.19 機(jī)械性能3.1.19.1 振動（正弦）a) 振動響應(yīng)：裝置能承受gb/t 11287-2000中3.2.1規(guī)定的嚴(yán)酷等級為1級的振動響應(yīng)試驗(yàn)。b) 振動耐久：裝置能承受gb/t 11287-2000中3.2.2規(guī)定的嚴(yán)酷等級為1級的振動耐久試驗(yàn)。3.1.19.2 沖擊a) 沖擊響應(yīng)：裝置能承受gb/t 14537-1993中4.2.1規(guī)定的嚴(yán)酷等級為1級的沖擊響應(yīng)試驗(yàn)。b) 沖擊耐久：裝置能承受gb/t 14537-1993中4.2.2規(guī)定的嚴(yán)酷等級為1級的沖擊耐久試驗(yàn)。3.1.19.3 碰撞裝置能承受gb/t 14537-1993中4.3規(guī)定的嚴(yán)酷等級為1級的碰撞試驗(yàn)。214 分布式相量測量裝置分布式相量測量裝置結(jié)構(gòu)pac-2000d分布式相量測量裝置由數(shù)據(jù)采集單元（pac-2000s）、數(shù)據(jù)集中處理單元(pac-2000p)、gps授時單元(pac-2000g)及相應(yīng)的通訊設(shè)備構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集單元主要完成相電壓、相電流、開關(guān)量和直流勵磁電壓、勵磁電流的實(shí)時同步測量。該單元可根據(jù)情況安裝于變電站小室、發(fā)電機(jī)控制室、變電站主控室等地點(diǎn)。數(shù)據(jù)集中處理單元完成實(shí)時數(shù)據(jù)處理、本地存儲、遠(yuǎn)方通信、顯示等功能。gps授時單元接收gps衛(wèi)星信號并向數(shù)據(jù)采集單元提供秒脈沖信號和時間信息。根據(jù)現(xiàn)場的需求，pac-2000d分布式相量測量裝置可集中布置，也可分散布置。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：數(shù)據(jù)采集單元（pac-2000s）數(shù)據(jù)采集單元直接通過gps天線接收gps信息或接收gps授時單元提供的信息同步內(nèi)部采樣脈沖，實(shí)現(xiàn)對被測量的同步采集，實(shí)時處理并將結(jié)果傳送給數(shù)據(jù)集中處理單元。4.1.1 基本功能4.1.1.1 相量測量測量三相基波電壓、三相基波電流、正序量值、開關(guān)狀態(tài)，在發(fā)電廠還應(yīng)能測量發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢、發(fā)電機(jī)功角。4.1.1.2 暫態(tài)錄波可以手動啟動暫態(tài)錄波也可以根據(jù)設(shè)定條件自動啟動暫態(tài)錄波。4.1.1.3 裝置自檢裝置實(shí)時檢查運(yùn)行狀態(tài)，如出現(xiàn)pt/ct斷線、裝置異常、gps信號異常、通信異常等情況則在本地通過狀態(tài)指示燈告警同時向數(shù)據(jù)集中處理單元發(fā)出告警信息。4.1.1.4 參數(shù)整定可在當(dāng)?shù)赝ㄟ^調(diào)試軟件修改裝置參數(shù)，也可根據(jù)數(shù)據(jù)集中處理單元的命令來修改裝置參數(shù)。4.1.1.5 對外通信1) 通過lan2網(wǎng)口接受調(diào)試軟件的命令執(zhí)行通道設(shè)定、校驗(yàn)等任務(wù)。2) 以100次/秒的速率向數(shù)據(jù)集中處理單元傳送采集的實(shí)時數(shù)據(jù)3) 按一定的格式向數(shù)據(jù)集中處理單元傳送暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)。4.1.2 硬件結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集單元包括模擬量變換插件、cpu插件、開關(guān)量輸入插件、開關(guān)量輸出插件、電源插件共計(jì)五種插件。具體插件布置如圖 31所示。圖 41數(shù)據(jù)采集單元結(jié)構(gòu)圖4.1.2.1 模擬量變換插件模擬量信號插件采用高精度的測量級變換器。每個插件可以接入12路模擬量。模擬量信號形式可以為交流電流、交流電壓、直流電流和直流電壓。4.1.2.2 cpu插件cpu插件采用了16位ad轉(zhuǎn)換芯片和先進(jìn)的嵌入式數(shù)字信號處理器，可同時處理48路模擬量信號、16路開關(guān)量輸入信號和8路開關(guān)量輸出信號。cpu板通過接收gps衛(wèi)星信號，經(jīng)過運(yùn)算得到與標(biāo)準(zhǔn)時間誤差在200ns的同步采樣脈沖信號，保證各個采集通道采樣的同步性。4.1.2.3 開關(guān)量輸入插件開關(guān)量輸入信號插件可以接入110v220v直流信號，每個插件可以同時接入16路開關(guān)量輸入信號。4.1.2.4 開關(guān)量輸出插件開關(guān)量輸出信號插件可以提供常開/常閉、自保持/普通各種結(jié)點(diǎn)類型，每個插件最多可提供8路開關(guān)量輸出信號。4.1.3 技術(shù)參數(shù)1) 額定參數(shù)a) 額定電源電壓：直流110/220v；2) 功率消耗a) 直流電源回路：小于40w；b) 交流電壓回路：不大于0.5va/相；c) 交流電流回路：當(dāng)額定電流為5a 時，小于0.5va；當(dāng)額定電流為1a 時，不大于0.2va。3) 額定交流數(shù)據(jù)a) 交流電壓：相電壓57.7v；b) 交流電流：相電流5a 或1a，保護(hù)或測量ct；c) 額定頻率：50hz。4) 交流回路測量范圍a) 交流電壓：0120v；b) 交流電流：測量回路02in，保護(hù)回路020in。5) 直流回路測量范圍a) 直流電壓：048v；b) 直流電流：020ma。6) 采樣速率4800hz。7) 開入通道a) 數(shù)量：16 路。b) 接入電平：24vdc220vdc（裝置可提供24vdc）。8) 開出通道a) 8 路開出b) 自保持繼電器結(jié)點(diǎn)與非保持繼電器結(jié)點(diǎn)可任意配置。9) gps接口光纖接口 3路，包括秒脈沖輸入、串口信息輸入和gps配置信息輸出。 接口類型為多模，st 型，波長820nm；bnc接口1路，用于直接接入gps天線。10) 網(wǎng)絡(luò)接口：2路，10m/100m11) rs232接口2路12) 結(jié)構(gòu)尺寸高度6u、寬度19 英寸，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架式結(jié)構(gòu)。4.1.4 通道配置采集單元有4塊模擬量輸入板，每個模擬量輸入板可接入12路模擬量，整個采集單元共可接入48路模擬量。采集單元的通道可以根據(jù)需要靈活配置，根據(jù)電廠、變電站的需求有如下三種典型配置：1、500kv變電站典型配置可接入24路電壓信號和24路電流信號。2、220kv變電站典型配置可接入6路電壓信號和36路電流信號。3、電廠典型配置可接入2臺機(jī)的電壓、電流、勵磁電壓、勵磁電流信號、內(nèi)電勢測試儀輸出信號。gps授時單元(pac-2000g)4.1.5 概述gps授時單元選用高檔gps oem模塊作為裝置核心，為采集單元提供統(tǒng)一的時鐘基準(zhǔn)。gps 授時單元與采集單元之間采用光纖連接方式。每個gps授時單元最多可提供6 路gps 光纖信號輸出，同時供給6 套數(shù)據(jù)采集單元使用。gps授時單元支持級聯(lián)擴(kuò)展連接方式。4.1.6