同步相量測(cè)量技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、同步相量測(cè)量技術(shù)在同步相量測(cè)量技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用電力系統(tǒng)中的應(yīng)用背景背景應(yīng)用背景應(yīng)用背景1： 經(jīng)濟(jì)及電力發(fā)展的需求 1) 全球經(jīng)濟(jì)一體化；能源分布和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡;電網(wǎng) 互聯(lián)運(yùn)行的巨大效益使大電網(wǎng)互聯(lián)、跨國(guó)聯(lián)網(wǎng)輸電 的趨勢(shì)不斷發(fā)展。2) 電網(wǎng)互聯(lián)產(chǎn)生電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行問(wèn)題日益突出,提出構(gòu)建 WAMS系統(tǒng)（Wide Area Measurement System） 目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)將其作為除保護(hù)安控裝置外的第三道 防線(xiàn);3) 系統(tǒng)穩(wěn)定按性質(zhì)可分為三種：功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻 率穩(wěn)定。本系統(tǒng)可為功角穩(wěn)定提供最直接的原始數(shù)據(jù)。背景背景應(yīng)用背景應(yīng)用背景2：美國(guó)等西方國(guó)家的大停電 1)由于沒(méi)有有效的監(jiān)視手

2、段,導(dǎo)致了美國(guó)8.14大停電 2)我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大,需應(yīng)對(duì)措施應(yīng)用背景應(yīng)用背景3：世界技術(shù)的發(fā)展使得該項(xiàng)目成為可能 1）高速計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)管理 計(jì)算機(jī)計(jì)算速度大幅度提高,商用數(shù)據(jù)庫(kù)越來(lái)越成熟. 2）高精度GPS 微秒級(jí)誤差 3）高速?gòu)V域通信技術(shù) 100M以上以太網(wǎng) 4）穩(wěn)定成熟的應(yīng)用算法 如EEAC算法已經(jīng)成功應(yīng)用于發(fā)達(dá)國(guó)家的電力系統(tǒng)穩(wěn)定預(yù)警.PMU技術(shù)的出現(xiàn)技術(shù)的出現(xiàn) 傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段主要有側(cè)重于記錄電磁暫態(tài)過(guò)程的各種故障錄波儀和側(cè)重于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況的SCADA系統(tǒng)。但都存在不足：傳統(tǒng)的故障錄波器只能記錄故障前后幾秒的暫態(tài)波形，由于數(shù)據(jù)量大，難以全天候保存，而且不同地點(diǎn)之間缺乏

3、準(zhǔn)確的共同時(shí)間標(biāo)記，記錄數(shù)據(jù)只是局部有效，難以用于對(duì)全系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的分析。 SCADA大約提供4秒刷新一次的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)狀態(tài)預(yù)測(cè)、低頻振蕩、故障分析等幾乎不能提供任何幫助。因此提出“同步相量測(cè)量理論”和“實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”來(lái)解決這一問(wèn)題。 在電力系統(tǒng)重要的變電站和發(fā)電廠(chǎng)安裝同步相量測(cè)量裝置（PMU），構(gòu)建電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并通過(guò)調(diào)度中心分析中心站實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的監(jiān)測(cè)和分析。該系統(tǒng)將成為電力系統(tǒng)調(diào)度中心的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)的主要數(shù)據(jù)源，并逐步與SCADA/EMS系統(tǒng)及安全自動(dòng)控制系統(tǒng)相結(jié)合，以加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全穩(wěn)定的監(jiān)控。 國(guó)內(nèi)外國(guó)內(nèi)外PMU的發(fā)展歷史的發(fā)展歷史n國(guó)外

4、：國(guó)外：90年代初期，已有簡(jiǎn)單的基于GPS的正序電壓相角測(cè)量裝置；90年代末，已有PMU監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，如美國(guó)電力科學(xué)研究協(xié)會(huì)（EPRI）在喬治亞、佛羅里達(dá)、田納西、紐約、邦納維爾電管局（BPA）、加里佛尼亞等，安裝了數(shù)量不等的PMU，少則2臺(tái)，多則十臺(tái)，用以研究電力系統(tǒng)在各種故障條件下的動(dòng)態(tài)行為，并研究相角數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳遞和處理等。法國(guó)、英國(guó)、加拿大、日本等國(guó)目前都有PMU裝置在實(shí)時(shí)運(yùn)行。 n國(guó)內(nèi)：國(guó)內(nèi)：90年代中期，國(guó)內(nèi)的一些高校和研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始研究相角測(cè)量裝置（大部分為正序相角，每秒1次上送），并有部分投入試運(yùn)行。目前臺(tái)灣歐華公司與電科院系統(tǒng)所合作，推出ADX3000型PMU，在華東電網(wǎng)

5、、西北電網(wǎng)、臺(tái)灣島電網(wǎng)中有應(yīng)用。（以后出現(xiàn) PAC2000、SMU系列、CSS-200等等) 2003年2月，國(guó)家電力調(diào)度通信中心在北京開(kāi)會(huì)，制定，并作為三峽（左岸）電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目的主要技術(shù)規(guī)范。 （2006年4月國(guó)家電網(wǎng)公司正式發(fā)布）相量測(cè)量裝置簡(jiǎn)介相量測(cè)量裝置簡(jiǎn)介相量測(cè)量裝置相量測(cè)量裝置 Phasor Measurement Unit (PMU) 用于進(jìn)行同步相量的測(cè)量和輸出以及進(jìn)行動(dòng)態(tài)記錄的裝置。PMU的核心特征包括基于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的同步相量測(cè)量、失去標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的守時(shí)能力、PMU與主站之間能夠?qū)崟r(shí)通信并遵循有關(guān)通信協(xié)議。PMU 的主要功能的主要功能一、一、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能實(shí)時(shí)

6、監(jiān)測(cè)功能a、 裝置應(yīng)具備同時(shí)向主站傳送實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的能力。b、 裝置應(yīng)能接受多個(gè)主站的召喚命令，傳送部分或全部測(cè)量通道的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。c、 裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的輸出速率應(yīng)可以整定，在電網(wǎng)正常運(yùn)行期間應(yīng)具有多種可選輸出速率，但最低輸出速率不低于1次/秒。在電網(wǎng)故障或特定事件期間，裝置應(yīng)具備按照最高或設(shè)定記錄速率進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出的能力。d、 裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的輸出時(shí)延（相量時(shí)標(biāo)與數(shù)據(jù)輸出時(shí)刻之時(shí)間差）應(yīng)不大于30ms。二、二、實(shí)時(shí)記錄功能實(shí)時(shí)記錄功能a、 裝置應(yīng)能實(shí)時(shí)記錄全部測(cè)量通道的相量數(shù)據(jù)。b、 裝置實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)的最高速率應(yīng)不低于100次/秒，并具有多種可選記錄速率。c、 裝置實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)的保存時(shí)間

7、應(yīng)不少于14天。d、當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生頻率越限、頻率變化率越限、相電壓越限、正序電壓越限、相電流越限、正序電流越限、線(xiàn)路低頻振蕩、相角差越限等事件時(shí)，裝置應(yīng)能建立事件標(biāo)識(shí)，以方便用戶(hù)獲取事件發(fā)生時(shí)段的實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)。e、當(dāng)裝置監(jiān)測(cè)到繼電保護(hù)或/和安全自動(dòng)裝置跳閘輸出信號(hào)（空接點(diǎn)）或接到手動(dòng)記錄命令時(shí)應(yīng)建立事件標(biāo)識(shí)，以方便用戶(hù)獲取對(duì)應(yīng)時(shí)段的實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)。f、 當(dāng)同步時(shí)鐘信號(hào)丟失、異常以及同步時(shí)鐘信號(hào)恢復(fù)正常時(shí)， 裝置應(yīng)建立事件標(biāo)識(shí)。PMU的主要技術(shù)的主要技術(shù)1、同步采樣技術(shù)；2、定點(diǎn)采樣下的頻率跟蹤技術(shù)；3、高速穩(wěn)定的通訊技術(shù)；4、基于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的同步相量測(cè)量；5、失去標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的守時(shí)能力；6、P

8、MU與主站之間能實(shí)時(shí)通信并遵循有關(guān)通信協(xié)議。 分析中心站分析中心站LAN分析工作站分析工作站數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器數(shù)據(jù)集中器數(shù)據(jù)集中器WANLANLANWAN分析中心站分析中心站LAN分析工作站分析工作站數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器數(shù)據(jù)集中器數(shù)據(jù)集中器LANLANWANLANEMS系統(tǒng)系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)系統(tǒng)EMS系系統(tǒng)統(tǒng)SCADA系統(tǒng)系統(tǒng)EMS系系統(tǒng)統(tǒng)SCADA系統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集中器數(shù)據(jù)集中器網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)防火墻防火墻前置機(jī)前置機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器WEB服務(wù)器服務(wù)器PMU單元單元PMU單元單元PMU在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用一、進(jìn)行快速的故障分析一、進(jìn)行快速的故障分析 在PMU系統(tǒng)實(shí)施以前

9、，對(duì)廣域范圍內(nèi)的故障事故分析，由于不同地區(qū)的時(shí)標(biāo)問(wèn)題，進(jìn)行故障分析時(shí)，迅速地尋找故障點(diǎn)分析事故原因比較困難，需要投入較大的人力物力。通過(guò)PMU實(shí)時(shí)記錄的帶有精確時(shí)標(biāo)的波形數(shù)據(jù)對(duì)事故的分析提供有力的保障。同 時(shí)通過(guò)其實(shí)時(shí)信息，可實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)判斷電網(wǎng)中發(fā)生的各種故障以及復(fù)雜故障的起源和發(fā)展過(guò)程，輔助調(diào)度員處理故障；給出引起大量報(bào)警的根本原因，實(shí)現(xiàn)智能告警。二、捕捉電網(wǎng)的低頻振蕩二、捕捉電網(wǎng)的低頻振蕩 電網(wǎng)的低頻振蕩的捕捉是PMU裝置的一個(gè)重要功能。通過(guò)傳統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)分析低頻振蕩，由于其數(shù)據(jù)通訊的刷新速度為秒級(jí)，不能夠很可靠的判斷出系統(tǒng)的振蕩情況?；赑MU高速實(shí)時(shí)通訊（每秒可高達(dá)100HZ數(shù)據(jù)）可較快地獲取系統(tǒng)運(yùn)行信息。PMU 在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景基于 GPS 的母線(xiàn)電壓相量測(cè)量方面的研究和應(yīng)用被稱(chēng)為當(dāng)前電力系統(tǒng)的三項(xiàng)前沿課題之一，母線(xiàn)電壓相量的實(shí)時(shí)在線(xiàn)測(cè)量將會(huì)提高電力系統(tǒng)的監(jiān)控和保護(hù)的能力。世界各國(guó)電力公司都積極增加相量測(cè)量裝置的數(shù)量，并開(kāi)展多種 PMU 的應(yīng)用研究。同步相量測(cè)量可望在電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控、狀態(tài)估計(jì)、暫態(tài)穩(wěn)定的預(yù)測(cè)及控制、繼電保護(hù)和自適應(yīng)失步保護(hù)等諸多方面發(fā)揮其作用。隨著電力系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)的增大，要求控制系