電氣工程新技術(shù)文獻(xiàn)綜述

1、東北石油大學(xué)電氣工程新技術(shù)文獻(xiàn)綜述課 程 電氣工程新技術(shù)研究方向 廣域測(cè)量系統(tǒng)的PMU技術(shù)院 系 電氣工程及其自動(dòng)化系專業(yè)班級(jí) 電氣11-2班學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號(hào)2014年11月6日文獻(xiàn)綜述前言隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化，能源分布與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡的狀況，使得各國(guó)出 現(xiàn)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。而電網(wǎng)互聯(lián)所產(chǎn)生電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行 的問(wèn)題日益突出，提出了構(gòu)建WAMS(Wide Area Measurement System)，即廣域 測(cè)量系統(tǒng)1。廣域測(cè)量系統(tǒng)，以同步測(cè)量裝置(Phase Measurement Unit)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng) 動(dòng)態(tài)過(guò)程的監(jiān)測(cè)，反映了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，為電力系統(tǒng)提供了新的測(cè)量和

2、監(jiān)控手 段。更突出的是，可以在時(shí)間一空間一幅值三維坐標(biāo)下同時(shí)觀察電力系統(tǒng)全局 的機(jī)電動(dòng)態(tài)過(guò)程全貌。由同步測(cè)量裝置提供了精確實(shí)測(cè)的電網(wǎng)狀態(tài)參數(shù)，可以使 以前只能離線計(jì)算的電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析等更準(zhǔn)確地用于實(shí)時(shí)計(jì)算，從而實(shí)時(shí)地進(jìn) 行動(dòng)態(tài)安全分析，對(duì)運(yùn)行的電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)防性控制、緊急控制。PMU的概述同步相量測(cè)量裝置PMU是1980年首次提出的。隨著GPS在民用領(lǐng)域的應(yīng) 用，PMU應(yīng)運(yùn)而生，而全球發(fā)生的幾次大電網(wǎng)事故推動(dòng)了 PMU和基于PMU的 WAMS同步相量測(cè)量技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用。工程技術(shù)人員可以根據(jù)PMU提供 的精確相量數(shù)據(jù)，確定系統(tǒng)故障的一系列事件的先后順序，確定導(dǎo)致系統(tǒng)故障的 原因和故障點(diǎn)?，F(xiàn)

3、場(chǎng)試驗(yàn)及研究結(jié)果表明：WAMW技術(shù)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定預(yù)測(cè)與 控制、狀態(tài)估計(jì)與動(dòng)態(tài)監(jiān)視、繼電保護(hù)、模型驗(yàn)證、故障定位等有著廣泛的應(yīng)用 前景。電力系統(tǒng)中PMU功能根據(jù)電力系統(tǒng)的要求，PMU應(yīng)該具有以下的基本功能：對(duì)三相電壓、電流信號(hào)進(jìn)行采集，采集的模擬量可以包括零序電壓和零 序電流。數(shù)據(jù)采集單元還要對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的開(kāi)關(guān)等狀態(tài)量進(jìn)行采集。對(duì)采集的量通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，采用一定的算法實(shí)時(shí)計(jì)算出電壓的有效值、 電流的有效值、零序電壓、零序電流、有功、無(wú)功、功率因數(shù)和電網(wǎng)頻率等。通 過(guò)對(duì)電壓量相角的計(jì)算，我們還可以得到功角。這是PMU有別于其它的測(cè)量裝 置的最重要的一點(diǎn)，國(guó)外的多數(shù)的PMU裝置只是測(cè)量電氣量的相角而不是功

4、角。利用GPS的高精度授時(shí)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)電量的同步采集，并給獲得 的相量加上時(shí)間標(biāo)簽，結(jié)合監(jiān)測(cè)點(diǎn)在系統(tǒng)的位置和電量類型獲得監(jiān)測(cè)量的統(tǒng)一規(guī) 定下的ID號(hào)，然后將這些信息打包傳給子站的上位機(jī)。子站的上位機(jī)可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行就地顯示、存儲(chǔ)，必要的信息要通過(guò)廣域 網(wǎng)將其上傳到主站的中央處理機(jī)進(jìn)行集中處理。子站和主站之間要有可靠的通訊 通道，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)眭和可靠性，同時(shí)又有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展和對(duì)數(shù)據(jù)的 堵塞現(xiàn)象的解決4。PMU的原理PMU是基于全球定位系統(tǒng)(GPS)的向量測(cè)量單元，它是一種多功能信號(hào)采 集系統(tǒng)。不僅要完成對(duì)電壓相角的實(shí)時(shí)測(cè)量以獲得參考相位角，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、 電流、有功的實(shí)時(shí)測(cè)量與計(jì)算

5、，最后將數(shù)據(jù)幀送到調(diào)度中心。PMU的基本原理 是：GSP接收器給出1pps(1個(gè)脈沖每秒鐘)信號(hào)，鎖相振蕩器將其劃分成一定 數(shù)量的脈沖用于采樣，濾波處理后的交流信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器量化，微處理器按 照遞歸離散傅立葉變化原理計(jì)算出向量。對(duì)三相向量，微處理采用對(duì)稱分量法計(jì) 算出正序向量。將正序向量、時(shí)間標(biāo)記等裝配成報(bào)文，通過(guò)專用通道送到遠(yuǎn)端的 數(shù)據(jù)器。數(shù)據(jù)集中器收集來(lái)自各個(gè)PMU的信息為全系統(tǒng)的監(jiān)視、保護(hù)和控制提 供數(shù)據(jù)。相角的測(cè)量是相量測(cè)量中的關(guān)鍵，時(shí)間誤差1ms就會(huì)帶來(lái)18工頻相 角誤差，測(cè)量誤差若要求0.1的話，那么時(shí)間同步精度應(yīng)為5us，GPS的1pps 秒脈沖信號(hào)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步誤差小于

6、1us，可以保證相位測(cè)量問(wèn)題。相量測(cè)量算法若三相的相量為XXb, Xc，則正序相量 TOC o 1-5 h z 1-、X1 = 3(X +aXb +a2X )(1)其中a =ejb/3。同步相量的算法主要有兩類：即過(guò)零檢測(cè)法和傅里葉變換法。 由于過(guò)零檢測(cè)法受諧波影響比較大，因此測(cè)量的精度不高，所以沒(méi)有傅里葉變換 法應(yīng)用廣泛6。離散Fourier算法工頻電壓值可表示為：x(t) = X c o W +4)(2)雖然相量的概念是用純正弦來(lái)定義的，但是它同樣可以用在含暫態(tài)量的情況 下。我們可以通過(guò)傅立葉算法將其基頻成分提取出來(lái)。則我們可以得到七。相量X可表示為：X =； N X jX)和T之間的關(guān)系

7、是(4)0 =- = 2n f t N o(4)等式(3)代表了一個(gè)周期的數(shù)據(jù)窗所生成的相量。為減少DFI的運(yùn)算量，通常采用改進(jìn)的遞推Fourier算法，對(duì)于式(1)表示的正弦工頻信號(hào)，在實(shí)時(shí)測(cè)量中得到兩個(gè)采樣集：xj k = r/, N + r -1對(duì)應(yīng)基波相量X ; xk I k = r +1,.,N + r對(duì)應(yīng)基波相量Xr+1而Xr+1可以通過(guò)數(shù)據(jù)窗的移動(dòng)來(lái)獲得，即：Xr+1 = X + TOC o 1-5 h z 現(xiàn)在幾乎所有的PMU都采用這種遞推算法。如果對(duì)于被采樣信號(hào)來(lái)說(shuō)，第 m個(gè)采樣窗口的采樣點(diǎn)為（t / ），氣）.-，-1），已知各個(gè)點(diǎn)的瞬時(shí)頻率分 00別為f0，f1fN-1，

8、我們可以知道下一個(gè)采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔為 = 1/（N fN-1），得到了第N個(gè)采樣點(diǎn)8。則由新生成的第m +1個(gè)數(shù)據(jù)窗可以算出f，由于頻率的波動(dòng)，則Xm+1不等于Xm，相角差不為0，貝UMu 2t(f - f)At = 2t (f - f )/(N - f )(6)nn-1nn-1n-1由此可得第n點(diǎn)的頻率為f = f 1(1 + N - 2n / A9 )(7) 9PMU的模塊及PMU之間的關(guān)系對(duì)于一般的發(fā)電廠都會(huì)有2臺(tái)發(fā)電機(jī)組，而在一些比較老的電廠里甚至 會(huì)有6臺(tái)，如果在現(xiàn)場(chǎng)需要采集的量很多的情況下，就需要多個(gè)DSP數(shù)據(jù)采集 和處理單元協(xié)調(diào)工作，下位機(jī)和上位機(jī)以及下位機(jī)之間都是通過(guò)CAN總線

9、進(jìn)行 通訊的。設(shè)計(jì)中考慮到現(xiàn)場(chǎng)的各種干擾，DSP芯片應(yīng)該采用外接的40 MHz晶振 的方式工作。芯片內(nèi)置看門(mén)狗電路，可以提高其抗干擾能力。在上位機(jī)的PCI 插槽上裝有上位機(jī)和CAN總線連接的適配卡。由于全網(wǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的是分層分布化的設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)中子站之間的 關(guān)系構(gòu)建也較為靈活。（1）星形子站結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)PMU之間是并列的關(guān)系。他們都是通過(guò)高速 傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳。（2）主從式子站結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是選擇一個(gè)子站作為參考站，如一個(gè)主力發(fā) 電廠和樞紐變電站，該站的功角不僅傳到調(diào)度中心而且還要傳到其它的子站，作 為其它子站測(cè)量的參考點(diǎn)10。PMU的關(guān)鍵技術(shù)（1）測(cè)量精度模擬精度：0.1%，

10、需解決問(wèn)題：高精度測(cè)量：電流范圍：0-3In，16位A/D， 分辨率15uV，需要較好的電磁兼容性設(shè)計(jì)；高速計(jì)算，多次迭代：雙CPU快速 采樣,FFT計(jì)算，每周波200點(diǎn)，1-99次諧波U1。頻率精度：0.001Hz，需解決問(wèn)題：高精度計(jì)數(shù)源：軟件頻率計(jì)算/平滑。授時(shí)/守時(shí)精度:5us、55us/2小時(shí)授時(shí)精度考慮：GPS模塊精度誤差(100ns)； 1PPS上升沿誤差(100ns)； CPU 采樣時(shí)間響應(yīng)誤差(1us左右)；光纖傳輸延遲誤差(5us/1km)o守時(shí)精度考慮：GPS傳導(dǎo)微波信號(hào)，易受到干擾；GPS受到干擾時(shí)時(shí)間精 度無(wú)參考價(jià)值；采用高穩(wěn)定度晶振實(shí)現(xiàn)守時(shí)；采用原子鐘技術(shù)實(shí)現(xiàn)守時(shí)(

11、9us/天)。發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)相角測(cè)量發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)數(shù)值計(jì)算；發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)初相角自動(dòng)測(cè)定；利用鍵相信號(hào)測(cè)量 發(fā)電機(jī)功角的工程化實(shí)施。PMU日常的問(wèn)題主腳度不對(duì)?？赡苁荊PS不能對(duì)時(shí)，GPS設(shè)備損壞或者測(cè)量單元損壞。某一部分的角度不動(dòng)。有可能是某一單元失去了通信。通信無(wú)鏈接。廣域網(wǎng)的設(shè)置有問(wèn)題、通道故障或規(guī)約設(shè)置錯(cuò)誤。能通信，但不能取得離線文件。極大可能是聯(lián)線文件存儲(chǔ)器燒毀掉了。連續(xù)兩端的角度差距太大。檢查PMU是否正常工作，檢驗(yàn)一下PMU。小結(jié)以上是對(duì)廣域測(cè)量系統(tǒng)的同步相量測(cè)量裝置的原理、相量算法、結(jié)構(gòu)分析， 關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。如果能夠?qū)ν较嗔垦b置的一些問(wèn)題進(jìn)行解決或改 進(jìn)裝置，我相信這將

12、會(huì)對(duì)我國(guó)構(gòu)建電力系統(tǒng)的廣域測(cè)量系統(tǒng)有很大的幫助。參考文獻(xiàn)武飛周，薛源.智能算法綜述J.工程地質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2005, 2： 9-13.Kennedy J, Eberhart R C.Particle Swarm Optimization J Proceedings of IEEE International Conference on Neutral Networks,1995.Mohd Rihan, Mukhtar Ahmad, M. Salim Beg. Vulnerability Analysis of Wide Area Measurement System in the Smart

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15、2.馬靜，葉東華，王彤.電力系統(tǒng)多區(qū)域復(fù)雜環(huán)網(wǎng)的最小斷點(diǎn)集計(jì)算J.中國(guó) 電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011(28).馬靜，葉東華，王彤.電力系統(tǒng)多區(qū)域復(fù)雜環(huán)網(wǎng)的最小斷點(diǎn)集計(jì)算J.中國(guó) 電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011(28).王增平，張晉芳，錢(qián)誠(chéng).基于同步測(cè)量信息的電網(wǎng)拓?fù)溴e(cuò)誤辨識(shí)方法J.電 力自動(dòng)化設(shè)備，2012(01).錢(qián)誠(chéng)，王增平，張晉芳.基于同步相量測(cè)量的廠站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鲂路椒?J.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011(17).蔡超，陸于平.一種提高智能變電站PMU相量測(cè)量精度的改進(jìn)采樣值調(diào)整 算法J .電力自動(dòng)化設(shè)備，2014(34).電氣工程新技術(shù)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)表題目名稱廣域測(cè)量系統(tǒng)的PMU技術(shù)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)課題簡(jiǎn)述：隨著電網(wǎng)的互聯(lián)和智能電網(wǎng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行日益成為了十分 重要的問(wèn)