隔河巖電廠同步相量測(cè)量裝置PMU改造

隔河巖電廠同步相量測(cè)量裝置PMU改造匡蕾;黃然【摘要】根據(jù)隔河巖水電廠同步相量測(cè)量裝置(PMU)改造的相關(guān)背景及設(shè)計(jì)思路,以及PMU改造后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、基本功能及計(jì)算方法，分析了其存在的優(yōu)點(diǎn)及不足.新PMU系統(tǒng)的投運(yùn)，規(guī)范了發(fā)電機(jī)組及其控制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，在促進(jìn)電網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視與提高電力系統(tǒng)運(yùn)行可觀測(cè)性方面發(fā)揮了重要作用.【期刊名稱】《水電與新能源》【年(卷)，期】2017(000)007【總頁(yè)數(shù)】7頁(yè)(P29-35)【關(guān)鍵詞】同步相量測(cè)量;雙主模式;數(shù)據(jù)通道;對(duì)時(shí)脈沖信號(hào)【作者】匡蕾潢然【作者單位】湖北清江隔河巖水力發(fā)電廠，湖北長(zhǎng)陽(yáng)443503;湖北清江隔河巖水力發(fā)電廠，湖北長(zhǎng)陽(yáng)443503【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TM933湖北清江隔河巖水電廠裝機(jī)總?cè)萘?200MW，4臺(tái)機(jī)組及4臺(tái)變壓器，機(jī)組單機(jī)容量為300MW，單臺(tái)變壓器容量為360MVA，是華中電網(wǎng)重要的調(diào)峰調(diào)頻電站。華中電網(wǎng)有限公司為提高電網(wǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)能力，對(duì)電網(wǎng)發(fā)生的低頻振蕩及時(shí)發(fā)現(xiàn)、記錄和分析，并為電網(wǎng)運(yùn)行提供準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和故障信息，在隔河巖電廠安裝了〃廣域測(cè)量系統(tǒng)”(以下簡(jiǎn)稱“WAMS系統(tǒng)”)同步相量測(cè)量裝置(PMU)子站。原CSS200/1P型號(hào)PMU子站于2008年10月份投入運(yùn)行，該套裝置不能支持12個(gè)數(shù)據(jù)通道，無(wú)法滿足華中省調(diào)、網(wǎng)調(diào)側(cè)WAMS主站召喚數(shù)據(jù)的要求。華中網(wǎng)調(diào)廠站相量測(cè)量裝置(PMU)異常統(tǒng)計(jì)情況通報(bào)中隔河巖電廠數(shù)據(jù)集中器與華中調(diào)控分中心在2015年12月份和2016年1月份均出現(xiàn)了通信短時(shí)中斷情況。經(jīng)與華中調(diào)控分中心PMU運(yùn)維人員聯(lián)系核實(shí)，隔廠數(shù)據(jù)通信中斷狀態(tài)為時(shí)斷時(shí)通，中斷持續(xù)時(shí)間不定，且無(wú)規(guī)律。隔河巖電廠的2臺(tái)數(shù)據(jù)集中器為熱備運(yùn)行，未實(shí)現(xiàn)雙主模式，導(dǎo)致數(shù)據(jù)通信偶爾出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，無(wú)法保證與WAMS主站正常通訊。根據(jù)華中電網(wǎng)［2016］36號(hào)文，提出進(jìn)一步完善直調(diào)電廠并網(wǎng)機(jī)組源網(wǎng)動(dòng)態(tài)性能在線監(jiān)測(cè)信息接入PMU的要求，要求增加接入AVR電壓參考給定、PSS輸出信號(hào)定子電流過(guò)負(fù)荷限制動(dòng)作信號(hào)等遙測(cè)、遙信量。隔河巖電廠同步相量采集裝置已于2016年改造完畢，新系統(tǒng)按照雙主處理裝置和雙網(wǎng)冗余模式設(shè)計(jì)，配置3面屏柜，實(shí)現(xiàn)支持至少12個(gè)數(shù)據(jù)通道，且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中器的雙主運(yùn)行模式［1］。隔河巖電廠PMU系統(tǒng)采用南瑞繼保公司PCS-996系列產(chǎn)品，按照分布式方式布置，配置數(shù)據(jù)集中處理屏PCS-996G1套和向量測(cè)量屏PCS-996A/B2套。數(shù)據(jù)集中處理屏(PMU1)安裝在線路保護(hù)室，包含2臺(tái)主數(shù)據(jù)處理裝置，1臺(tái)數(shù)據(jù)采集裝置，采集單元測(cè)量清長(zhǎng)I線、清長(zhǎng)II線、清葛線三相電壓、電流量,配置1臺(tái)RCS-9785D(GPS+北斗)對(duì)時(shí)單元，完成站內(nèi)所有采集裝置的同步對(duì)時(shí)。向量測(cè)量屏1(PMU2)安裝在1號(hào)單元控制室，為1、2號(hào)機(jī)組共用，采集1、2號(hào)機(jī)組機(jī)端三相電壓、電流量及勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、導(dǎo)葉開(kāi)度等信號(hào)。向量測(cè)量屏2(PMU3)安裝在2號(hào)單元控制室，為3、4號(hào)機(jī)組共用，采集3、4號(hào)機(jī)組機(jī)端三相電壓、電流量及勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、導(dǎo)葉開(kāi)度等信號(hào)。PMU主數(shù)據(jù)處理裝置通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)時(shí)交換機(jī)與華中網(wǎng)調(diào)省調(diào)WAMS主站通訊。向量測(cè)量屏1(PMU2)、2(PMU3)通過(guò)光纖傳輸給數(shù)據(jù)集中處理屏(PMU1),再由數(shù)據(jù)集中處理屏(PMU1)對(duì)上傳輸給省級(jí)及以上調(diào)度中心主站。更新后的隔河巖電廠PMU夕卜部通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。PCS-996系列同步相量測(cè)量系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)PCS-996同步相量測(cè)量系統(tǒng)由PCS-996系列同步相量測(cè)量裝置(A,B,G型)、RCS-9785GPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)、PCS-9882、RCS-9884等高速通信交換設(shè)備等共同構(gòu)成［3］。其典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。PCS-996系列同步相量測(cè)量裝置配置PCS-996系列同步相量測(cè)量裝置配置如表1所示。3.1PCS-996A、日裝置PCS-996A、B裝置由CPU、DSP、交流采集插件、直流采集插件、智能I/O、電源等組成，具體各單元的主要功能如下。NR1102E/J。CPU插件，由高性能32位微處理器構(gòu)成，Linux操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)裝置的人機(jī)接口、通信、錄波、故障報(bào)告、打印等管理功能，與數(shù)據(jù)集中器通信并上送動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)以及擾動(dòng)數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)性要求較低的數(shù)據(jù)。CPU插件使用內(nèi)部總線接收裝置內(nèi)其他插件的數(shù)據(jù)，通過(guò)RS-485總線與LCD板通訊。NR1121A。DSP插件，由高性能數(shù)字信號(hào)處理器構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)各電氣量的采集、計(jì)算和分析。NR1401。交流采集插件，每塊插件采集12路模擬量(6U、6I),最多可以選配3塊共36路模擬量，可選擇接入保護(hù)CT或測(cè)量CT。其與系統(tǒng)接線方式如圖3。NR1415G。直流采集插件，采集4~20mA的直流信號(hào)，每塊插件采集6路信號(hào)，可根據(jù)實(shí)際需要配置多塊此類插件。NR1416。功角測(cè)量插件，每塊插件采集2臺(tái)發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓、鍵相脈沖、轉(zhuǎn)速脈沖，并可輸出2路4~20mA的直流信號(hào)。NR1502A。智能光耦開(kāi)入插件參見(jiàn)圖4)，輸入電壓為110V。NR1502A可接入24路開(kāi)入，當(dāng)開(kāi)入電壓〈額定工作電壓的60%時(shí)，開(kāi)入保證為0，當(dāng)開(kāi)入電壓〉額定工作電壓的70%時(shí)，開(kāi)入保證為1。NR1525A。智能開(kāi)入、開(kāi)出插件，每塊插件可采集4路開(kāi)出、12路開(kāi)入，開(kāi)入電壓110V。NR1301。電源插件，為裝置提供工作電源，輸入電源的額定電壓有220V和110V兩種，隔廠提供電源插件的額定輸入電壓是110V。裝置的電源插件NR1301輸出兩組“報(bào)警(BJJ)”和“閉鎖(BSJ)”空接點(diǎn)，如圖，其中“BSJ”為繼電器的常閉接點(diǎn)，“BJJ”為繼電器的常開(kāi)接點(diǎn)。PCS-996G裝置PCS-996G由CPU、DSP、電源插件組成，可連接至少8—16個(gè)PMU采集單元以及至少4個(gè)以上的主站，同時(shí)具有128G以上的大容量存儲(chǔ)設(shè)備。各插件主要功能如下。NR1102E/J。CPU插件1，由高性能32位微處理器構(gòu)成，Linux操作系統(tǒng)，帶大容量高速CF存儲(chǔ)卡，主要負(fù)責(zé)人機(jī)接口、通信、動(dòng)態(tài)錄波、故障報(bào)告、打印等管理功能。NR1102H。CPU插件2，基本構(gòu)成同NR1102E，不帶CF存儲(chǔ)卡，主要負(fù)責(zé)與WAMS 主站通信，上送相量、頻率、內(nèi)電勢(shì)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并接受主站召喚，上送離線數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)錄波、暫態(tài)錄波)。NR1122A。DSP插件，由高性能數(shù)字信號(hào)處理器構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)接收PMU采集單元通過(guò)光纖上送的實(shí)時(shí)相量數(shù)據(jù)，并組織成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀。NR1301。同PCS-996A/B。3.3同步相量測(cè)量系統(tǒng)的配套設(shè)備3.3.1PCS-9882交換機(jī)PCS-9882交換機(jī)采用高性能的交換芯片，可在所有端口全雙工滿速率運(yùn)行下保持線速轉(zhuǎn)發(fā)，充分考慮了工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中的各種惡劣條件和干擾因素，可保證數(shù)據(jù)在嚴(yán)苛環(huán)境下可靠傳輸，最大可支持24個(gè)100Mbps快速以太網(wǎng)接口和4個(gè)1000Mbps千兆以太網(wǎng)接口。RCS-9884光電轉(zhuǎn)換模塊RCS-9884光纖轉(zhuǎn)換模塊的作用是將GPS對(duì)時(shí)裝置輸出的脈沖對(duì)時(shí)差分信號(hào)或空接點(diǎn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成光纖信號(hào)，或?qū)⒂晒饫w傳送的對(duì)時(shí)脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分或空接點(diǎn)信號(hào)，以延長(zhǎng)脈沖對(duì)時(shí)信號(hào)的傳輸距離以及提高傳輸可靠性。RCS-9884光纖轉(zhuǎn)換模塊有兩路獨(dú)立的通道構(gòu)成。通道1將由光纖輸入的對(duì)時(shí)脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)或空接點(diǎn)信號(hào)；通道2將GPS對(duì)時(shí)裝置輸出的脈沖對(duì)時(shí)差分信號(hào)或空接點(diǎn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成光纖信號(hào)。當(dāng)向同步相量測(cè)量裝置提供的是光纖方式的B碼對(duì)時(shí)信號(hào)時(shí)，可利用RCS-9884模塊進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到RS-485方式的B碼對(duì)時(shí)信號(hào)。通過(guò)選擇撥碼開(kāi)關(guān)為ON或OFF模式，可控制RS-485方式B碼的輸出極性。要求最終進(jìn)入裝置的RS-485信號(hào)為負(fù)極性。RCS-9785D同步時(shí)鐘裝置RCS-9785DGPS時(shí)鐘同步裝置自帶GPS信號(hào)接收模塊，是1套獨(dú)立的GPS對(duì)時(shí)裝置，同時(shí)也可從外部時(shí)鐘接入IRIG-B碼對(duì)時(shí)信號(hào)作為時(shí)鐘源。內(nèi)部集成了2個(gè)GPS模塊，用1套裝置即可實(shí)現(xiàn)“雙機(jī)雙網(wǎng)”運(yùn)行，2個(gè)GPS模塊作為2個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘源，主備自動(dòng)切換。RCS-9785DGPS時(shí)鐘可輸出多種對(duì)時(shí)信號(hào)(IRIG-B(DC)、PPS、PPM、對(duì)時(shí)報(bào)文)，提供多種接口方式(光纖、RS-485、RS-232、空接點(diǎn))。時(shí)鐘的IRIG-B(DC)、PPS及PPM精度＜1us,脈沖前沿時(shí)間＜50ns,脈沖前沿時(shí)間＜50ns，內(nèi)部的時(shí)鐘準(zhǔn)確度優(yōu)于7x10-8。3.4PCS-996A/B裝置定值內(nèi)容及整定說(shuō)明1） 裝置參數(shù)定值見(jiàn)表2。2） 軟壓板見(jiàn)表3。3） 電流、電壓序號(hào)定值見(jiàn)表4。4） 單元*定值見(jiàn)表5。5） 直流基準(zhǔn)定值（PCS-996B）。直流單元*最小量程：4mA,對(duì)應(yīng)4~20mA。6） 直流代碼定值及限值見(jiàn)表6。7） 開(kāi)入啟動(dòng)定值見(jiàn)表7。開(kāi)入*啟動(dòng)控制字：1=該開(kāi)入變位啟動(dòng)暫態(tài)錄波。PCS-996的定值整定可直接在PMU裝置上通過(guò)按鍵操作完成，也可通過(guò)PCS-PC調(diào)試軟件連接界面完成。PCS-PC的啟動(dòng)參數(shù)設(shè)置見(jiàn)圖6，連接裝置時(shí)只需指定主CPU的IP地址即可，該IP地址可在裝置連接界面中獲得。軟件啟動(dòng)前，需將計(jì)算機(jī)與裝置的主CPU（左側(cè)第1塊插件，型號(hào)NR1102）通過(guò)網(wǎng)線連接起來(lái)。軟件與裝置成功連接后，可以看到如圖7所示的樹(shù)型目錄。利用本軟件，可實(shí)現(xiàn)定值修改、狀態(tài)查看、報(bào)告查看等［4］。5.1基本電氣量的計(jì)算方法PCS-996裝置采用了時(shí)鐘同步與頻率跟蹤采樣解耦的算法，既保證了同步時(shí)標(biāo)均勻分布和整數(shù)對(duì)齊，又保證了采樣的同步性及數(shù)據(jù)值的計(jì)算精度。在此基礎(chǔ)上各電氣量計(jì)算的基本算法如下。1） 電流、電壓采用全波付氏算法得出幅值和相角。2） 三相有功功率的一般計(jì)算公式（設(shè)：一個(gè)工頻周期采樣24點(diǎn)）。3） 三相無(wú)功功率的算法：將上述有功功率式中的電壓移相90°,得以下計(jì)算公式。5.2發(fā)電機(jī)功角測(cè)量算法發(fā)電機(jī)功角指的是發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)和極端正序電壓之間的相位差。發(fā)電機(jī)功角8在電力系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題的研究中占有特別重要的地位。因?yàn)樗吮硎景l(fā)電機(jī)電勢(shì)和系統(tǒng)電壓之間的相位差，即表征系統(tǒng)的電磁關(guān)系之外，還表明了各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)空間位置。8角隨時(shí)間的變化描述了各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是判斷各發(fā)電機(jī)之間是否同步運(yùn)行的依據(jù)。發(fā)電機(jī)的功角是指發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)和機(jī)端電壓正序相量之間的夾角。應(yīng)用發(fā)電機(jī)電氣參數(shù)和機(jī)端電壓、電流相量計(jì)算發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)和功角，公式如下。虛擬計(jì)算電勢(shì)發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)對(duì)于凸極機(jī)（水輪機(jī)組）:xd/xq,所以對(duì)于隱極機(jī)（汽輪機(jī)組）:xd=xq,所以PCS-996系列裝置采用了分布式體系，硬件真正實(shí)現(xiàn)了模塊化結(jié)構(gòu)，配置靈活、通用性強(qiáng)，邏輯修改簡(jiǎn)單，具有高度的可靠性，在運(yùn)行中可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置的輸入輸出和報(bào)警；軟件直觀易學(xué)，上手簡(jiǎn)單。但是也存在一些不足之處，如軟件中裝置參數(shù)的修改雖然需要密碼登陸，但在修改后并沒(méi)有明顯的標(biāo)記，不排除維護(hù)人員誤操作的可能性存在，尤其是批量修改時(shí)，需對(duì)原參數(shù)做好備份，以便修改完成后進(jìn)行核對(duì)比較。同步相量測(cè)量裝置PMU改造后，裝置設(shè)備運(yùn)行良好，與網(wǎng)調(diào)、省調(diào)WAMS主站通訊穩(wěn)定，減少了工作人員的維護(hù)任務(wù)；按照華中電網(wǎng)的要求增加接入AVR電壓參考給定、PSS輸出信號(hào)、定子電流過(guò)負(fù)荷限制動(dòng)作信號(hào)等遙測(cè)、遙信量，規(guī)范了發(fā)電機(jī)組及其控制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，在促進(jìn)電網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視與提高電力系統(tǒng)運(yùn)行可