SMU技術(shù)總體介紹

國電南瑞科技股份有限公司同步相量測量裝置

技術(shù)介紹南京南瑞集團(tuán)公司國電南瑞科技股份有限公司丁孝華

2007.6南京主要內(nèi)容?同步相量測量系統(tǒng)概述?同步相量測量基礎(chǔ)?

同步相量測量裝置主要作用?同步相量測量裝置的主要原理?發(fā)電機(jī)功角內(nèi)電勢測量方法?同步相量測量裝置技術(shù)規(guī)范?

SMU-1系列PMU介紹第一節(jié)

同步相量測量系統(tǒng)概述技術(shù)背景背景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)、跨國聯(lián)網(wǎng)輸電的趨勢不斷發(fā)展。

2)電網(wǎng)互聯(lián)產(chǎn)生電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行問題日益突出,提出構(gòu)建WAMS系統(tǒng)（WideAreaMeasurementSystem）．前國內(nèi)大多數(shù)將其作為除保護(hù)／安控裝置外的第三道防線;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)可為穩(wěn)定提供最直接的原始數(shù)據(jù)。背景2：美國等西方國家的大停電

1)由于沒有有效的監(jiān)視手段,導(dǎo)致了美國8.14大停電

2)我國電網(wǎng)規(guī)模越來越大,需應(yīng)對措施背景3：世界技術(shù)的發(fā)展使得該項(xiàng)目成為可能

高速計算機(jī)及數(shù)據(jù)管理

計算機(jī)計算速度大幅度提高,商用數(shù)據(jù)庫越來越成熟.

高精度GPS

微秒級誤差高速廣域通信技術(shù)

100M以上以太網(wǎng)

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)國家的電力系統(tǒng)穩(wěn)定預(yù)警.技術(shù)背景（續(xù)）2、國內(nèi)電網(wǎng)對PMU的布點(diǎn)工作極為重視國家電網(wǎng)公司關(guān)于“十一五”期間加強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)度工作的意見：5、全面加強(qiáng)“十一五”期間電網(wǎng)調(diào)度工作，要從加強(qiáng)基礎(chǔ)建設(shè)、規(guī)范完善制度入手，立足科學(xué)管理，著力開拓創(chuàng)新，完善管理機(jī)制，強(qiáng)化保障作用。必須圍繞電網(wǎng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，以“三個提高”為基礎(chǔ)，以“兩個規(guī)范”為手段，努力建設(shè)好“三個重點(diǎn)領(lǐng)域”，為建設(shè)“一強(qiáng)三優(yōu)”現(xiàn)代公司和促進(jìn)電力工業(yè)持續(xù)、快速、協(xié)調(diào)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。6、“三個提高”即提高調(diào)度隊伍素質(zhì)、提高自動化水平、提高智能化水平；“兩個規(guī)范”即規(guī)范電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)路線和模式、規(guī)范電網(wǎng)調(diào)度（交易）機(jī)構(gòu)設(shè)置；“三個重點(diǎn)領(lǐng)域”即重點(diǎn)保證特大特高壓交直流混合系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、重點(diǎn)建設(shè)三級電力市場體系、重點(diǎn)建設(shè)電網(wǎng)動態(tài)安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。54、建設(shè)電網(wǎng)動態(tài)安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。整合能量管理（EMS）、離線方式計算、廣域相量測量等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線安全分析和安全預(yù)警，先期在國家電力調(diào)度通信中心組織實(shí)施，并逐步推廣到網(wǎng)省調(diào)，以提高互聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平，有效預(yù)防電網(wǎng)事故，構(gòu)筑電網(wǎng)安全防御體系。55、各網(wǎng)省公司要按照統(tǒng)一規(guī)劃和部署，在330千伏及以上主網(wǎng)架和網(wǎng)內(nèi)主力電廠部署相量測量裝置（PMU），實(shí)現(xiàn)國家、區(qū)域、省三級廣域相量測量系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，提高電網(wǎng)動態(tài)測量水平

技術(shù)背景（續(xù)）

①PMU子站采用電力數(shù)據(jù)網(wǎng)或2M專線向主站上送數(shù)據(jù)。子站上送速度通常為50次/s，最高達(dá)到100次/s。

②PMU子站具備同時向多個主站發(fā)送數(shù)據(jù)的功能。

③PMU子站具備連續(xù)無條件記錄功能，不受啟動條件限制，保證距離擾動較遠(yuǎn)的子站也可記錄數(shù)據(jù)，可得到完整的擾動記錄波形。

④安裝在電廠的PMU子站均具備發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢測量功能，有的還直接測量轉(zhuǎn)子鍵相脈沖信號、勵磁電壓和勵磁電流信號。

⑤PMU子站多為分布式、裝置化的測量系統(tǒng)。

⑥WAMS主站可向應(yīng)用工作站發(fā)送實(shí)時同步數(shù)據(jù)，總延遲不超過100ms。

⑦WAMS主站系統(tǒng)均采用類似EMS的體系結(jié)構(gòu)，以UNIX操作系統(tǒng)為主。

⑧主站和子站之間多采用《規(guī)范》協(xié)議，保證系統(tǒng)可方便擴(kuò)展。技術(shù)背景（續(xù)）3、國內(nèi)WAMS與國外系統(tǒng)相比的特點(diǎn)第二節(jié)

同步相量測量裝置基礎(chǔ)廣域相量系統(tǒng)的組成1）相量測量裝置phasormeasurementunit(PMU)

用于進(jìn)行同步相量的測量和輸出以及進(jìn)行動態(tài)記錄的裝置。PMU的核心特征包括基于標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號的同步相量測量、失去標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號的守時能力、PMU與主站之間能夠?qū)崟r通信并遵循有關(guān)通信協(xié)議。2）數(shù)據(jù)集中器

dataconcentrator（DC）

用于站端數(shù)據(jù)接收和轉(zhuǎn)發(fā)的通訊裝置。能夠同時接收多個通道的測量數(shù)據(jù)，并能實(shí)時向多個通道轉(zhuǎn)發(fā)測量數(shù)據(jù)。

3）子站

substation

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)。

4）主站

mainstation

安裝在電力系統(tǒng)調(diào)度中心，用于接收、管理、存儲、分析、告警、決策和轉(zhuǎn)發(fā)動態(tài)數(shù)據(jù)的計算機(jī)系統(tǒng)。

5）電力系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

realtimepowersystemdynamicmonitoringsystem

基于同步相量測量以及現(xiàn)代通信技術(shù)，對地域廣闊的電力系統(tǒng)動態(tài)過程進(jìn)行監(jiān)測和分析的系統(tǒng)。

廣域相量系統(tǒng)的組成（續(xù)）PMU中的一些名詞1）相量

phasor余弦信號的復(fù)數(shù)等價表示法，復(fù)數(shù)的模對應(yīng)于余弦信號的幅值，復(fù)角（極坐標(biāo)形式）對應(yīng)于余弦信號的相角。

向量：稱既有大小又有方向的量為向量。（數(shù)學(xué)）矢量：稱既有大小又有方向的量為矢量。（物理）相量：是指二維平面矢量。相量的角度，也稱相量的相位,是矢量與X軸正向的夾角（角度范圍-180°到+180°）。相量的大小，稱為相量的幅值，等于矢量的模1/2φXYV

PMU中的一些名詞（續(xù)）相量與時間的關(guān)系角度特征：

f<50Hzf=50Hzf>50Hz時標(biāo)：數(shù)據(jù)窗口的頭端PMU中的一些名詞（續(xù)）相量與頻率的關(guān)系2）同步相量

synchrophasor以標(biāo)準(zhǔn)時間信號作為采樣過程的基準(zhǔn)，通過對采樣數(shù)據(jù)計算而得的相量稱為同步相量。因而，各個節(jié)點(diǎn)的相量之間存在著確定統(tǒng)一的相位關(guān)系。使異地信號可以在相同的時間坐標(biāo)下比較PMU中的一些名詞（續(xù)）為了保證不同地點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)可以有效比較，規(guī)定如下：–以PPS時間為參考；–當(dāng)PPS時刻，周期信號最大值對應(yīng)0度；–當(dāng)PPS時刻，周期信號正向過零對應(yīng)-90度；Vmt=0(1PPS)Vmt=0(1PPS)signalx(t)當(dāng)v(t)正向過零點(diǎn)與秒脈沖同步時,相量的角度為-90度

當(dāng)v(t)的最大值出現(xiàn)在秒脈沖時，相量的角度為0度，PMU中的一些名詞（續(xù)）相量角度相量幅值PMU中的一些名詞（續(xù)）3）發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢

generatorinternalelectromotiveforce當(dāng)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以同步速率旋轉(zhuǎn)時，主磁場就在氣隙中形成一個旋轉(zhuǎn)磁場，它“切割”定子繞組后，就將在定子繞組內(nèi)感應(yīng)出頻率為f的一組對稱三相電動勢，稱為激磁電動勢，又稱發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢。

PMU中的一些名詞（續(xù)）

Ff

Fa

F

I

U

Ea

E0

δ

δ內(nèi)電勢與機(jī)端電壓、勵磁等的關(guān)系

–轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速決定機(jī)端電壓的頻率

–轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越快，機(jī)端電壓相量頻率越大

–轉(zhuǎn)子的位置決定內(nèi)電勢的相位

–轉(zhuǎn)子與定子的相對位置周期變化，機(jī)端電壓的瞬時值也周期變化。

–轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和勵磁電流決定機(jī)端電壓的大小

–轉(zhuǎn)速越快、勵磁電流越大，磁勢越強(qiáng)，感應(yīng)的機(jī)端電壓越大PMU中的一些名詞（續(xù)）4）發(fā)電機(jī)功角

powerangle發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢和機(jī)端電壓正序相量之間的夾角稱為發(fā)電機(jī)功角。

PMU中的一些名詞（續(xù)）第三節(jié)

同步相量測量裝置的作用PMU的作用1、PMU裝置對電網(wǎng)安全監(jiān)測具有重要意義?PMU是WAMS/WAMAP系統(tǒng)的基礎(chǔ)。?PMU可為電網(wǎng)的安全提供豐富的數(shù)據(jù)源。?正常運(yùn)行的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)?小擾動情況下的離線數(shù)據(jù)記錄?大擾動情況下的錄波數(shù)據(jù)記錄1）進(jìn)行快速的故障分析

在PMU系統(tǒng)實(shí)施以前，對廣域范圍內(nèi)的故障事故分析，由于不同地區(qū)的時標(biāo)問題，進(jìn)行故障分析時，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PMU實(shí)時記錄的帶有精確時標(biāo)的波形數(shù)據(jù)對事故的分析提供有力的保障。同時通過其實(shí)時信息，可實(shí)現(xiàn)在線判斷電網(wǎng)中發(fā)生的各種故障以及復(fù)雜故障的起源和發(fā)展過程，輔助調(diào)度員處理故障；給出引起大量報警的根本原因，實(shí)現(xiàn)智能告警。PMU的作用（續(xù)）實(shí)時數(shù)據(jù)顯示擾動數(shù)據(jù)顯示錄波數(shù)據(jù)顯示

2）捕捉電網(wǎng)的低頻振蕩電網(wǎng)的低頻振蕩的捕捉是PMU裝置的一個重要功能。通過傳統(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，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的作用（續(xù)）河北萬全500KV變電站豐萬2線有功振蕩曲線

河北萬全500KV變電站豐萬2線頻率振蕩曲線

3）實(shí)時測量發(fā)電機(jī)功角信息發(fā)電機(jī)功角是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)電勢與定子端電壓或電網(wǎng)參考點(diǎn)母線電壓正序相量之間的夾角，是表征電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要狀態(tài)變量之一，是電網(wǎng)擾動、振蕩和失穩(wěn)軌跡的重要記錄數(shù)據(jù)。PMU的作用（續(xù)）4）分析發(fā)電機(jī)組的動態(tài)特性及安全峪度分析通過PMU裝置高速采集的發(fā)電機(jī)組勵磁電壓、勵磁電流、氣門開度信號、AGC控制信號、PSS控制信號等，可分析出發(fā)電機(jī)組的動態(tài)調(diào)頻特性，進(jìn)行發(fā)電機(jī)的安全峪度分析，為分析發(fā)電機(jī)的動態(tài)過程提供依據(jù)。監(jiān)測發(fā)電機(jī)進(jìn)相、欠勵、過勵等運(yùn)行工況，異常時報警。繪制發(fā)電機(jī)運(yùn)行極限圖，根據(jù)實(shí)時測量數(shù)據(jù)確定發(fā)電機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)，實(shí)時計算發(fā)電機(jī)運(yùn)行裕度，在異常運(yùn)行時告警。PMU的作用（續(xù)）1、同步相量測量

(1)測量線路三相電壓、三相電流、開關(guān)量，計算獲得：A相電壓同步相量Ua/Фua;B相電壓同步相量Ub/Фub

；C相電壓同步相量Uc/Фuc

；正序電壓同步相量U1/Фu1；A相電流同步相量Ia/Фia

；B相電流同步相量Ib/Фib

；C相電流同步相量Ic/Фic

；正序電流同步相量I1/Фi1；開關(guān)量PMU裝置的主要功能

(2)測量發(fā)電機(jī)機(jī)端三相電壓、三相電流、開關(guān)量、轉(zhuǎn)軸鍵相信號、勵磁信號、氣門開度信號、AGC、AVC、PSS等信號。機(jī)端A相電壓同步相量Ua/Фua;機(jī)端B相電壓同步相量Ub/Фub

；機(jī)端C相電壓同步相量Uc/Фuc

；機(jī)端正序電壓同步相量U1/Фu1；機(jī)端A相電流同步相量Ia/Фia

；機(jī)端B相電流同步相量Ib/Фib

；機(jī)端C相電流同步相量Ic/Фic

；機(jī)端正序電流同步相量I1/Фi1；內(nèi)電勢同步相量ε/Ф(ε);發(fā)電機(jī)功角δ；開關(guān)量PMU裝置的主要功能（續(xù)）

(3)同步測量勵磁電流／勵磁電壓，用于分析機(jī)組的勵磁特性

(4)同步AGC控制信號，用于分析AGC控制響應(yīng)特性

(5)獲取高精度的時間信號PMU裝置的主要功能（續(xù)）2、同步相量數(shù)據(jù)傳輸裝置根據(jù)通信規(guī)約將同步相量數(shù)據(jù)傳輸?shù)街髡?，傳輸?shù)耐ǖ栏鶕?jù)實(shí)際情況而定，如：2M／10M／100M／64K／Modem等，傳輸通信鏈路一般采用TCP/IP。３、就地數(shù)據(jù)管理及顯示

(1)裝置的參數(shù)當(dāng)?shù)卣ǎ?/p>

(2)裝置的測量數(shù)據(jù)可以在計算機(jī)界面上顯示出來PMU裝置的主要功能（續(xù)）4、擾動數(shù)據(jù)記錄

(1)具備暫態(tài)錄波功能。用于記錄瞬時采樣的數(shù)據(jù)的輸出格式符合ANSI/IEEEPC37.111-1991（COMTRADE）的要求；

(2)具有全域啟動命令的發(fā)送和接收，以記錄特定的系統(tǒng)擾動數(shù)據(jù)；

(3)可以以IEC60870-5-103或FTP的方式和主站交換定值及故障數(shù)據(jù)；5、與當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)裝置提供通信接口用于和勵磁系統(tǒng)、AGC系統(tǒng)、電廠監(jiān)控系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。6、數(shù)據(jù)存儲存儲暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)；存儲實(shí)時同步相量數(shù)據(jù)。PMU裝置的主要功能（續(xù)）第四節(jié)同步相量測量裝置主要技術(shù)原理構(gòu)造一個復(fù)函數(shù)對A(t)取實(shí)部對于任意一個正弦時間函數(shù)都有唯一與其對應(yīng)的復(fù)數(shù)函數(shù)無物理意義是一個正弦量有物理意義同步相量及計算

1、正弦函數(shù)與復(fù)函數(shù)復(fù)常數(shù)2、向量／相量／矢量／旋轉(zhuǎn)矢量／旋轉(zhuǎn)相量ω=2πf相量為唯一矢量，隨著時間變化，相量以ω的速度旋轉(zhuǎn)，形成旋轉(zhuǎn)相量，但從nT0的時間點(diǎn)看，相量一直不變ωω01、如果以ω0為參考旋轉(zhuǎn)矢量，則當(dāng)ω＝ω0時，U旋轉(zhuǎn)相量等于靜止不動2、當(dāng)ω不等于ω0時，U相量仍然旋轉(zhuǎn)AAt3、PMU與其他裝置的測量不同4、同步相量角度與t/f的關(guān)系DFTDFTDFT

50Hz數(shù)據(jù)計算fdf/dt暫態(tài)檢測正序觸發(fā)標(biāo)志實(shí)時輸出GPSTimeReceiver0.1msPowerSystemUa/Ub/UcIa/Ib/Ic輸入同步采樣計算判別及記錄數(shù)據(jù)輸出5、相量測量及計算Pulse時鐘模塊交流電流／電壓以太網(wǎng)輸出主CPU

＋

DSP板上時鐘外部GPS內(nèi)部GPS電纜1PPS光纖1PPS開關(guān)量信號顯示／鍵盤PMU測量硬件發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸信號4-20mA

信號裝置的輸入信號有：１）線路電壓、線路電流信號的輸入（監(jiān)控CT)；２）開關(guān)量信號的輸入；３）發(fā)電機(jī)軸位置脈沖的輸入，可以是鑒相信號或轉(zhuǎn)速信號；４）用于勵磁、AGC等的4-20mA控制信號；５）GPS標(biāo)準(zhǔn)時間信號；裝置的輸出信號有：１）用于中央信號的告警信號輸出；２）用于通信用的10/100M以太網(wǎng)及RS232接口（采用IEEEstd1344通信標(biāo)準(zhǔn)）；３）用于控制用的4-20mA輸出；PMU測量軟件模擬量采集開關(guān)量采集4-20mA采集發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢采集GPS信號處理相量計算及轉(zhuǎn)換擾動錄波通信模塊控制輸出１）GPS授時信號處理模塊；２）模擬量信號采集處理模塊；３）開關(guān)量信號采集處理模塊；４）發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢信號采集處理模塊；５）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊（如：將三相電壓轉(zhuǎn)換成正序量傳送）；６）通信模塊；７）擾動錄波模塊；８）控制輸出模塊（輸出4-20mA控制信號）；第五節(jié)發(fā)電機(jī)功角測量方法發(fā)電機(jī)直軸電流：發(fā)電機(jī)交軸電流：發(fā)電機(jī)功角：

1間接計算法

間接計算法，基于穩(wěn)態(tài)相量圖的解析法。用發(fā)電機(jī)交/直軸同步電抗參數(shù)及機(jī)端電壓、電流計算獲取發(fā)電機(jī)功角的測量方法。發(fā)電機(jī)功角原理介紹

NO.2轉(zhuǎn)速積分法

通過計算法獲取穩(wěn)態(tài)功角值，采集轉(zhuǎn)子脈沖，對轉(zhuǎn)速求積分修正功角。發(fā)電機(jī)功角原理介紹（續(xù)）

3轉(zhuǎn)子位置測量法（脈沖直接法）

通過在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上設(shè)置機(jī)械測點(diǎn)或測速齒輪，在轉(zhuǎn)子周圍安裝光電或電磁裝置，通過一定變換來實(shí)現(xiàn)功角測量。發(fā)電機(jī)初相角

在采用鍵相脈沖直接測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，來等效發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢的相角，但由于轉(zhuǎn)子機(jī)械安裝位置（機(jī)械角）與內(nèi)電勢相角有較大的角差。在發(fā)電機(jī)空載情況下，發(fā)電機(jī)空載內(nèi)電勢與機(jī)端電壓同相位，我們定義發(fā)電機(jī)空載內(nèi)電勢與機(jī)械角之間的夾角稱為發(fā)電機(jī)初相角。發(fā)電機(jī)功角原理介紹（續(xù)）1）測量的思路發(fā)電機(jī)功角原理介紹（續(xù)）PMUPMUPMU可通過安裝GPS控制的PMU進(jìn)行同步采集，功角測量的關(guān)鍵在于同步測量測量Eq與Ug的角度。直接測量Eq的相位較困難，但轉(zhuǎn)子位置與Eq存在著固定的相位關(guān)系，故可以采用轉(zhuǎn)子位置代替Eq。鍵相信號---以前主要用于對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸振動進(jìn)行監(jiān)測，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到固定位置時，發(fā)出一定幅度的脈沖。目前機(jī)組該脈沖為每轉(zhuǎn)1個脈沖。通過測量該信號，結(jié)合發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以得到轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置。發(fā)電機(jī)功角原理介紹（續(xù)）發(fā)電機(jī)功角原理介紹（續(xù)）2）基于直接鍵相脈沖測量方法u1p2GPS秒脈沖機(jī)端電壓U鍵相脈沖TTt1t2T發(fā)電機(jī)功角原理介紹（續(xù)）◆以GPS秒脈沖上升沿時刻定義為0時刻?！艨焖俨杉l(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的U的過零時刻t1,則可得到其絕對相角：◆采集鍵相脈沖發(fā)生時刻t2,則可得到轉(zhuǎn)子絕對機(jī)械角：12機(jī)端電壓U鍵相脈沖TTt1t2GPS秒脈沖T發(fā)電機(jī)功角原理介紹（續(xù)）◆t2對應(yīng)的機(jī)組轉(zhuǎn)軸位置與機(jī)組內(nèi)電勢ε之間有一個固定的機(jī)械角度α，α數(shù)值的大小不受發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的改變而改變，除非轉(zhuǎn)軸位置傳感器的機(jī)械位置發(fā)生變化。

=+α

◆在發(fā)電機(jī)理想空載狀態(tài)下，由于負(fù)載電流為0，機(jī)端電壓與內(nèi)電勢相同，此時刻有：=故可采用空載時刻的機(jī)端電壓來代替內(nèi)電勢，從而通過此時的機(jī)械角度與機(jī)端電壓角度差獲取機(jī)械初相角。發(fā)電機(jī)功角原理介紹（續(xù)）

發(fā)電機(jī)功角

發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢絕對相角

通過上面的GPS控制采樣計算，我們即可得到如下的關(guān)鍵測量量：發(fā)電機(jī)功角原理介紹（續(xù)）3）關(guān)鍵技術(shù)1空載下的初相角檢測在發(fā)電機(jī)空載狀態(tài)下測得頻率f0、時間t10、t20、機(jī)端正序電壓相角：機(jī)組轉(zhuǎn)軸位置脈沖的絕對相角：發(fā)電機(jī)空載時的內(nèi)電勢初相角：?機(jī)械誤差角自動檢測發(fā)電機(jī)功角原理介紹（續(xù)）發(fā)電機(jī)功角原理介紹（續(xù)）4）關(guān)鍵技術(shù)2?發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)自動判斷發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)通過接入的機(jī)端電壓、電流、脈沖等運(yùn)行信息進(jìn)行判斷發(fā)電機(jī)檢修狀態(tài)判斷

?發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓歸零

?發(fā)電機(jī)負(fù)載歸零

?發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于設(shè)定值發(fā)電機(jī)空載狀態(tài)判斷

?發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓大于整定值

?發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速

?發(fā)電機(jī)負(fù)載電流小于設(shè)定值在發(fā)電機(jī)從檢修狀態(tài)轉(zhuǎn)入空載狀態(tài)后自動判斷初相角。目前的計算機(jī)技術(shù)可在毫秒級的時間內(nèi)判斷出運(yùn)行狀態(tài)5）關(guān)鍵技術(shù)3?多重化的濾波措施1）硬件手段上，脈沖正確性的檢測2）空載情況下，多次數(shù)據(jù)的平滑綜合處理3）測量數(shù)據(jù)的軟件平滑濾波發(fā)電機(jī)功角原理介紹（續(xù)）發(fā)電機(jī)功角原理介紹（續(xù)）信號類型信號來源額定值PMU接入情況目前接入條件機(jī)端電壓Ua發(fā)電機(jī)機(jī)端100VAC一定要接入√機(jī)端電壓Ub發(fā)電機(jī)機(jī)端100VAC一定要接入√機(jī)端電壓Uc發(fā)電機(jī)機(jī)端100VAC一定要接入√機(jī)端電流Ia發(fā)電機(jī)機(jī)端1A／5A一定要接入√機(jī)端電流Ib發(fā)電機(jī)機(jī)端1A／5A一定要接入√機(jī)端電流Ic發(fā)電機(jī)機(jī)端1A／5A一定要接入√鍵相信號發(fā)電機(jī)5-24VDC需要接入√轉(zhuǎn)速信號發(fā)電機(jī)5-24VDC可接入√勵磁電壓Uf勵磁系統(tǒng)4-20mA可接入√勵磁電流If勵磁系統(tǒng)4-20mA可接入√AGC控制輸出信號RTU4-20mA可接入根據(jù)需要AVC控制輸出信號RTU4-20mA可接入根據(jù)需要△PSS的PID控制輸出信號勵磁控制器4-20mA可接入根據(jù)需要調(diào)頻PID的控制輸出信號機(jī)械/自動調(diào)頻控制器4-20mA可接入根據(jù)需要發(fā)電機(jī)監(jiān)測接入量信號類型信號來源額定值PMU接入情況目前接入條件氣門開度信號發(fā)電機(jī)4-20mA可接入根據(jù)需要接入一次調(diào)頻控制前指令發(fā)電機(jī)4-20mA可接入根據(jù)需要接入一次調(diào)頻控制后指令發(fā)電機(jī)4-20mA可接入根據(jù)需要接入發(fā)電機(jī)開關(guān)量發(fā)電機(jī)24V可接入根據(jù)需要接入發(fā)電機(jī)監(jiān)測接入量第六節(jié)同步相量測量裝置技術(shù)規(guī)范PMU中的一些標(biāo)準(zhǔn)情況1、PMU使用標(biāo)準(zhǔn)1、IEEEstd1344（1995）2、EPRI：PC37.118-20053、電力系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

2003年制定，2005年第一次修訂

–相角的定義

–通信格式和方式

–數(shù)據(jù)存儲方式

–PMU裝置技術(shù)指標(biāo)4、目前TC37工作組正在制定如下標(biāo)準(zhǔn)

電力系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)檢測規(guī)范電力系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主站技術(shù)規(guī)范電力系統(tǒng)同步相量測量裝置通用技術(shù)條件電力系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)通訊規(guī)約電力系統(tǒng)同步時鐘技術(shù)規(guī)范1）同步性要求?裝置應(yīng)能利用同步時鐘的秒脈沖同步裝置的采樣脈沖，采樣脈沖的同步誤差應(yīng)不大于±1μs。為保證同步精度，應(yīng)使用獨(dú)立的同步時鐘接收系統(tǒng)。?同步相量測量過程中，數(shù)據(jù)采樣的脈沖必須由同步時鐘的秒脈沖信號鎖定。2、PMU技術(shù)要求技術(shù)要求2）精度要求電壓電流測量精度輸入電壓

0.1Un≦U＜0.2U0.2Un≦U＜0.5Un0.5Un≦U＜1.2Un1.2Un≦U＜2Un幅值測量誤差極限 1.0% 0.5% 0.2%0.5%

相角測量誤差極限 0.5° 0.5° 0.2° 0.5°

輸入電流

0.1In≦I＜0.2In 0.2In≦I＜0.5In 0.5In≦I＜1.2In

幅值測量誤差極限 1.0% 0.5% 0.2% 相角測量誤差極限 1° 0.5° 0.5°

頻率測量精度?測量范圍：45Hz～55Hz。?測量誤差：不大于0.01Hz。技術(shù)要求（續(xù)）3）對測量接入量的要求?應(yīng)能同步測量安裝點(diǎn)的三相基波電壓、三相基波電流、電壓電流的基波正序相量、頻率和開關(guān)量信號。?安裝在發(fā)電廠時宜具有測量發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢和發(fā)電機(jī)功角的功能；條件具備時，能夠測量發(fā)電機(jī)的勵磁電壓、勵磁電流和轉(zhuǎn)速信號。技術(shù)要求（續(xù)）4）對通道要求?各站點(diǎn)之間通信通道宜采用電力調(diào)度數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)系統(tǒng)不具備網(wǎng)絡(luò)通信條件時，可采用專用通信通道（如64K/2MG.703通道等），通信速率不低于19.2kbps。主站之間的通道帶寬應(yīng)不低于2Mbps。技術(shù)要求（續(xù)）5）對通信的要求?傳輸方式要求–裝置應(yīng)按時間順序逐次、均勻、實(shí)時傳送動態(tài)數(shù)據(jù)，傳送的動態(tài)數(shù)據(jù)中應(yīng)包含整秒時刻的數(shù)據(jù)。?時延要求–裝置實(shí)時傳送的動態(tài)數(shù)據(jù)的輸出時延，即實(shí)時傳送的動態(tài)數(shù)據(jù)時標(biāo)與數(shù)據(jù)輸出時刻之時間差，應(yīng)不大于30ms。?實(shí)時傳送速率–裝置動態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時傳送速率應(yīng)可以整定，至少應(yīng)具有25、50、100次/秒的可選速率。技術(shù)要求（續(xù)）6）

通訊功能將實(shí)時時標(biāo)量值以IEEEstd1344-1995（R2001）規(guī)約，以UDP或TCP/IP報文，以規(guī)定的速率向集中控制單元發(fā)送?？梢砸訧EC60870-5-103或FTP的格式和主站交換故障數(shù)據(jù)。同時向4個主站連接。在規(guī)約中，與各主站通訊的進(jìn)程相互獨(dú)立，互不干擾。

7）信息轉(zhuǎn)發(fā)裝置可設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)表，可通過設(shè)置整定，向不同的主站發(fā)送不同的相量。技術(shù)要求（續(xù)）數(shù)據(jù)幀格式命令幀格式8）對動態(tài)數(shù)據(jù)記錄的要求?應(yīng)能連續(xù)記錄所測電壓電流基波正序相量、三相電壓基波相量、三相電流基波相量、頻率及開關(guān)狀態(tài)信號；此外，安裝在發(fā)電廠時宜連續(xù)記錄發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢。?存儲格式要求–裝置應(yīng)能按照是數(shù)據(jù)報文格式存儲動態(tài)數(shù)據(jù)。?記錄速率–裝置動態(tài)數(shù)據(jù)的最高記錄速率應(yīng)不低于100次/秒，并具有多種可選記錄速率；記錄速率應(yīng)是實(shí)時傳送速率的整數(shù)倍。?保存時間–裝置動態(tài)數(shù)據(jù)的保存時間應(yīng)不少于14天。技術(shù)要求（續(xù)）PMU布點(diǎn)原則1、優(yōu)先放在與電網(wǎng)穩(wěn)定關(guān)系密切的發(fā)電廠和變電站

PMU布點(diǎn)問題不是孤立的，必須以WAMS的應(yīng)用目的為出發(fā)點(diǎn)。國內(nèi)WAMS以監(jiān)測電網(wǎng)動態(tài)過程為主，PMU尚不具備替代RTU的條件，因此不宜在電網(wǎng)中各廠全面安放。此外，WAMS應(yīng)以省網(wǎng)為最小單位，地區(qū)級調(diào)度沒有必要考慮組建獨(dú)立WAMS。

①重要的500kV變電站，包括大電源送端出口變電站、樞紐變電站、負(fù)荷中心變電站和網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線兩側(cè)的變電站。②重要的發(fā)電廠，通常機(jī)組容量在300MW以上，包括位于電網(wǎng)邊緣地區(qū)和負(fù)荷中心的重要發(fā)電廠。③與電網(wǎng)穩(wěn)定密切相關(guān)的重要的220kV變電站。

PMU布點(diǎn)原則2、以狀態(tài)估計為目標(biāo)

保證系統(tǒng)可觀測性的PMU布點(diǎn)方法。通訊流量1、通信通道流量計算1）流量信息

PMU子站與主站的通訊主要由以下管道聯(lián)接：管理管道實(shí)時數(shù)據(jù)管道離線管道離線管道在系統(tǒng)發(fā)生故障時傳輸故障錄波文件或?qū)崟r存貯文件。其流量可進(jìn)行控制，一般控制在100KB左右。故流量計算主要統(tǒng)計實(shí)時數(shù)據(jù)管道的通訊流量。2）PMU數(shù)據(jù)流量為：實(shí)時流量=（以太網(wǎng)楨報文附加字節(jié)+數(shù)據(jù)報頭+相量數(shù)*4+線路數(shù)*4）*楨數(shù)*10以每秒100HZ、96路相量、16條線路，其流量為：（66+20+96*4+16*4）*100*10=534，000比特

513K流量。通訊流量（續(xù)）第八節(jié)

SMU-1系列PMU介紹1、SMU-1組成單元：

GPS單元SMU-1GPS

線路測量單元SMU-1M

發(fā)電機(jī)測量單元SMU-1G

通信管理單元SMU-1CS

輔助分析子站SMU-1PSMU-1的組成SMU-1的組成（GPS）1）單元介紹（SMU-1GPS)時間控制單元GPS模塊守時模塊4路多模光纖天線時間分配單元2路塑料光纖1路串行口時間輸出1、天線的長度可為30／50／100／1km2、輸出接口不夠時可通過輸入信號進(jìn)行級聯(lián)1路輸入信號SMU-1的組成（GPS）SMU-1的組成（SMU-1M）線路測量裝置1MPTCT狀態(tài)接點(diǎn)GPS同步相量實(shí)時數(shù)據(jù)SCADA/WAMS2）單元介紹（SMU-1M)1、48路模擬量（8條線路）2、128路開關(guān)量SMU-1M裝置容量每臺SMU-1M同步相量測量控制單元測量容量為：l

模擬量：48路l

開關(guān)量：128路l

模擬量測量范圍：

電壓：0—180V

電流：0—3In（一般在定貨時需指出1A/5A制CT）集中、分散配置。SMU-1的組成（SMU-1M）SMU-1的組成（SMU-1M）發(fā)電機(jī)測量1G機(jī)端電壓電流軸脈沖(鑒相/轉(zhuǎn)速)狀態(tài)接點(diǎn)GPS電壓電流同步相量SCADA/WAMS發(fā)電機(jī)功角內(nèi)電勢同步相量實(shí)時UIPQ數(shù)據(jù)3）單元介紹（SMU-1G)SMU-1的組成（SMU-1G）每臺SMU-1G發(fā)電機(jī)同步相量測量單元測量容量為：l

模擬量輸入：3路電壓、3路電流、6路直流。l

轉(zhuǎn)子脈沖：2路

1路1脈沖/轉(zhuǎn)

1路60脈沖/轉(zhuǎn)輸入電壓:0.5-24Vl

模擬量輸出：1路4-20mA輸出(選配)l

開關(guān)量：16路l

模擬量測量范圍：電壓：0—180V

電流：0—3In

直流：4-20mAl

分散安裝或集中式安裝SMU-1的組成（SMU-1G）SMU-1的組成（SMU-1G）嵌入式CPU國調(diào)信息網(wǎng)調(diào)信息省調(diào)信息就地監(jiān)控系統(tǒng)信息中央告警信號4）單元介紹（SMU-1CS)以太網(wǎng)接口模塊Flash存儲Linux告警控制SMU-1的組成（SMU-1CS）每臺SMU-1CS同步相量數(shù)據(jù)集中器最大容量：

l

SMU-1M裝置：4臺

l

SMU-1G裝置：10臺

l

網(wǎng)絡(luò)通訊口：標(biāo)配4個10M/100M自適應(yīng)網(wǎng)口，可擴(kuò)充

l

串行口：2個，可擴(kuò)充分散安裝或集中式安裝。

SMU-1的組成（SMU-1CS）SMU-1的組成（SMU-1CS）5）輔助分析單元SMU-1PSMU-1的組成（SMU-1P）SMU-1P工控機(jī)Windows200G存儲參數(shù)設(shè)置畫面顯示告警音響繁昌變電站2006.5.275304線故障波形2、主要技術(shù)指標(biāo)

?每周采樣200點(diǎn)；

?諧波分辨率99次；

?模擬量測量精度高于0.2%；

?開關(guān)事