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1、同步相量测量装置培训Phasor Measurement Unit (PMU) Phasor Monitor Unit (PMU) A1/t,南京南瑞集团公司,2,PMU,主站,A1/t,3,内容介绍,PMU国内外概况 PMU主要功能 PMU工作原理 PMU关键技术 PMU应用介绍 PMU测试介绍 问题讨论,4,PMU国内外概况,5,国内外概况,应用背景1： 经济及电力发展的需求 1) 全球经济一体化；能源分布和经济发展的不平衡;电网 互联运行的巨大效益使大电网互联、跨国联网输电 的趋势不断发展。 2) 电网互联产生电网稳定运行问题日益突出,提出构建 WAMS系统（Wide Area Meas
2、urement System） 目前国内大多数将其作为除保护安控装置外的第三道 防线; 3) 系统稳定按性质可分为三种：功角稳定、电压稳定和频 率稳定。本系统可为功角稳定提供最直接的原始数据。,6,应用背景2：美国等西方国家的大停电 1)由于没有有效的监视手段,导致了美国8.14大停电 2)我国电网规模越来越大,需应对措施 应用背景3：世界技术的发展使得该项目成为可能 1）高速计算机及数据管理 计算机计算速度大幅度提高,商用数据库越来越成熟. 2）高精度GPS 微秒级误差 3）高速广域通信技术 100M以上以太网 4）稳定成熟的应用算法 如EEAC算法已经成功应用于发达国家的电力系统稳定预警.
3、,国内外概况,7,WAMS技术发展状况,国内外概况,主站,通信,子站,8,1）高速计算机及数据管理： （1）单一计算机的计算速度大幅度提高 （2）并行计算技术 （3）数据库管理技术（PI数据库） （4）1G网络传输 （5）海量存储器 2）高精度GPS （1）GPS模块本身的时间精度达到0.1us （2）各个厂商的守时技术达到50us/2-10小时,9,3）成熟的PMU技术 （1）各个厂商的PMU已经在变电站电厂广 泛使用，并在内电势测量技术方面取得 很好的进展 （2）国内的PMU性能优于国外的PMU 4）高速广域通信技术 100M1000M数据网建设成为电力公司通信 的建设目标,10,5）稳定
4、成熟的主站系统 （1）WAMS单一系统的动态监视 （2）基于WAMS、保护系统、SCADA的（动稳暂态）三态数据整合及故障分析（华东） （3）基于EEAC（南瑞薛禹胜）算法的在线预防决策及控制。通过计算获得系统惯性中心（虚拟）的参考相量，从而可计算出任何点对系统惯性中心的功角，从而判断功角稳定并实施在线切机切负荷（江苏WAMAP）,11,6）也有设想利用WAMS技术来构建广域保护系统 （如：美国西部电网继电保护委员会提出）,12,国内外主要PMU制造商,Rochestor （TR-2000） Macrodyne （1690） SEL （SEL-421） Arbiter Systems （113
5、3A） ABB （RES521） 电科院 （ADX3000PAC-2000） 四方 （CSS-200） 南瑞 （SMU-1）,国内外概况,13,PMU设计思路比较,功能实现方式 相量测量+故障录波（多） 相量测量+电能质量（多） 相量测量+继电保护（多) 相量测量+RTU （少） 硬件设计方式 嵌入式采集（可靠性高）（多） 计算机插板（可靠性受制于计算机及WIN软件）（少） 通信实现方式 RS232 (少） 10/100M以太网（多）,国内外概况,14,PMU主要技术指标及国内外比较,国外 国内 开关分辨率 0.1ms 0.1ms 模拟精度 0.1% 0.1% A/D位数 16 16 采样点/
6、周 384 200 对时 GPS/1us GPS/1us 通信 10M*1 10/100M*3 功能 非单一 单一 相量刷新速度 25/S 100/S 多线路测量 1-2线路/单元 8条线路/单元 发电机键相测量 无 有,国内外概况,15,PMU主要参考文件,1、IEEE std 1344 （1995） 2、EPRI：PC37.118 3、电力系统实时动态监测系统技术规范(送审中） 4、行业检测标准（制定中）,国内外概况,16,PMU主要功能,17,1、同步相量测量 (1)测量变电站每条线路三相电压、三相电流、开关量，通过计算获得：,A相电压同步相量Ua/ua； B相电压同步相量Ub/ub ；
7、 C相电压同步相量Uc/uc ； 正序电压同步相量U1/u1 ； A相电流同步相量Ia/ia ； B相电流同步相量Ib/ib ； C相电流同步相量Ic/ic ； 正序电流同步相量I1/i1 ； 开关量,18,(2)测量发电机机端三相电压、三相电流、开关量、 转轴键相信号，通过计算可获得以下数据：,机端A相电压同步相量Ua/ua ； 机端B相电压同步相量Ub/ub ； 机端C相电压同步相量Uc/uc ； 机端正序电压同步相量U1/u1； 机端A相电流同步相量Ia/ia ； 机端B相电流同步相量Ib/ib ； 机端C相电流同步相量Ic/ic ； 机端正序电流同步相量I1/i1； 内电势同步相量/(
8、)； 发电机功角； 开关量,19,(3)同步测量励磁电流砺磁电压，用于分析机组的砺磁特性 (4)同步AGC控制信号，用于分析AGC控制响应特性 (5)获取高精度的时间信号,20,2、判别并获取事件标识 1）下列情况建立事件标识： a）频率越限； b) 频率变化率越限； c) 幅值越上限，包括正序电压、正序电流、负 序电压、负序电流、零序电压、零序电流、 相电压、相电流越上限等； d) 幅值越下限，包括正序电压、相电压越下限 等； e) 线性组合，包括线路功率振荡等； f) 相角差，即发电机功角越限。,21,2）当装置监测到继电保护或/和安全自动装置跳闸 输出信号（空接点）或接到手动记录命令时应
9、建 立事件标识，以方便用户获取对应时段的动态数 据。 3）当同步时钟信号丢失、异常以及同步时钟信号恢 复正常时，装置应建立事件标识。,22,3、广域启动或扰动启动录波 (1)具备暂态录波功能。用于记录瞬时采样的数据的输出格式符合ANSI/IEEE PC37.111-1991（COMTRADE）的要求； (2)具有全域启动命令的发送和接收，以记录特定的系统扰动数据； (3)可以以IEC60870-5-103或FTP的方式和主站交换定值及故障数据；,4、就地数据管理及显示 (1)装置的参数当地整定； (2)装置的测量数据可以在计算机界面上显示出来,23,5、同步相量数据传输 装置根据通信规约将同步
10、相量数据传输到主站， 传输的通道根据实际情况而定，如：2M10M 100M64KModem等，传输通信链路一般采用 TCP/IP。,6、与当地监控系统交换数据 装置提供通信接口用于和励磁系统、AGC系统、 电厂监控系统等进行数据交换。,7、数据存储 存储暂态录波数据；存储实时同步相量数据（14天） 2.4G/(1天，48路）,24,同步相量及计算 PMU测量硬件 PMU测量软件 PMU构成单元及配置 PMU安装及通信模式,PMU工作原理,25,构造一个复函数,对A(t)取实部,对于任意一个正弦时间函数都有唯一与其对应的复数函数,无物理意义,是一个正弦量 有物理意义,同步相量及计算,1、正弦函数
11、与复函数,26,2、向量相量矢量旋转矢量旋转相量,=2f,相量为唯一矢量，随着时间变化，相量以的速度旋转，形成旋转相量，但从nT0的时间点看，相量一直不变,27,0,1、如果以0为参考旋转矢量，则当 0时，U旋转相量等于静止不动 2、但此方法定义的绝对相量违背同步相量的定义 3、当不等于 0时，U相量仍然旋转,28,相量的模表示正弦量的有效值 相量的幅角表示正弦量的初相位,同样可以建立正弦电压电流与相量的对应关系：,3、相量的意义及U/I相量,29,1PPS,t,1、以1PPS为时间参考点（0） 2、以 t= n*T0 为相量观察点(T0=10/20/30/40/50ms) 3、角度采样数据窗
12、第一点nT0的角度nT0，nT0+T0) 4、每一观察点的相量称为同步相量,4、同步相量定义,30,0度,-90度,31,32,A,A,t,5、PMU与其他装置的测量不同,33,6、同步相量角度与 t / f 的关系,34,U为最大值的时间点为 tm(n)，（n=,-2,-1,0,1,2,3,4,5,）,当观察点为kT0时，根据同步相量定义计算出同步相量为:,7、不同观察点的同步相量角度,35,36,1）假设 ，则 在任何时刻永久不变,37,2）观察点为3周波点(60ms),38,3）观察点为2周波点(40ms),39,4）观察点为整周波点(20ms),40,5）观察点为 0.5*整周波点(10ms),41,6）观察点为 1/4整周波点(5ms),42,DFT,DFT,DFT,50 Hz,数 据 计 算,f df/dt,暂态检测,正序,触发标志,实 时 输 出,GPS Time Receiver,0.1ms,Power System,Ua/Ub/Uc Ia/Ib/Ic,输入,同步采样,计算,判别及记录,数据输出,8、相量测量及计算,Pulse,43,UI计算,44,内电势计算,发电机直轴电流：,发电机交轴电流：,发电机功角：,直接测量：U、I、 已知参数：Xq、Xd 先计算 ：、,45,内电势角度直
