同步相量测量装置(PMU)构成及原理讲座.

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1、同步相量测量装置培训同步相量测量装置培训 Phasor Measurement Unit (PMU)Phasor Measurement Unit (PMU) Phasor Monitor Unit (PMU)Phasor Monitor Unit (PMU) A1/A1/ /t/t 南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司 2 PMUPMU主站主站 A1/A1/ /t/t 3 内容介绍 1. PMU国内外概 况 2. PMU主要功能 3. PMU工作原理 4. PMU关键技术 5. PMU应用介绍 6. PMU测试介绍 7. 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

2、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 Measurement 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

3、）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 . 国内外概况 7 WAMSWAMS技术发展状况技术发展状况 国内外概况 主站主站 通信通信 子站子站 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-

4、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

5、） 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 国内外主要国内外主要PMUPMU制造商制造商 Rochestor （TR-2000） Macrodyne （1690） SEL （SEL-421） Arbiter Systems （1133A） ABB （RES521） 电科院 （ADX3000PAC-2000） 四方 （CSS-200） 南瑞 （SMU-1） 国内外概况 13 PMUPMU设计思路比较设计思路比较 p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） p硬件

6、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） p通信实现方式 RS232 (少） 10/100M以太网（多） 国内外概况 14 PMUPMU主要技术指标及国内外比较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/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 PMUPMU主

7、要参考文件主要参考文件 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. A相电压同步相量Ua/ua； b. B相电压同步相量Ub/ub ； c. C相电压同步相量Uc/uc ； d. 正序电压同步相量U1/u1 ； e. A相电流同步相量Ia/ia ； f. B相电流同步相量Ib/ib ； g. C相电流同步相量Ic/ic ； h. 正序电流同步相量I1/i

8、1 ； i. 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： a. 机端A相电压同步相量Ua/ua ； b. 机端B相电压同步相量Ub/ub ； c. 机端C相电压同步相量Uc/uc ； d. 机端正序电压同步相量U1/u1； e. 机端A相电流同步相量Ia/ia ； f. 机端B相电流同步相量Ib/ib ； g. 机端C相电流同步相量Ic/ic ； h. 机端正序电流同步相量I1/i1； i. 内电势同步相量/()； j. 发电机功角； k. 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

9、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，

10、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

11、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、正弦函数与复函数 26 复常数 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

12、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

13、步相量定义 30 Vm t = 0 (1 PPS) Vm t = 0 (1 PPS) signal x(t) 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 knknknknknknknkn 0+0/801+0/812+0/823+0/834+0/845+0/856+0/867+0/87 0+1/801+1/812+1/823+1/834+1/84

14、5+1/856+1/867+1/87 0+2/801+2/812+2/823+2/834+2/845+2/856+2/867+2/87 0+3/801+3/812+3/823+3/834+3/845+3/856+3/867+3/87 0+4/801+4/812+4/823+4/834+4/845+4/856+4/867+4/87 0+5/801+5/812+5/823+5/834+5/845+5/856+5/867+5/87 0+6/801+6/812+6/823+6/834+6/845+6/856+6/867+6/87 0+7/801+7/812+7/823+7/834+7/845+7/85

15、6+7/867+7/87 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) 观察点Kn同步相量同步相量f=f0 000 131 262 393 4124 5155 6186 7217 38 3）观察点为2周波点(40ms) 观察点Kn同步相量同步相量f=f0 000 121 242 363 484 5105 6126 7147 39 4）观察点为整周波点(20ms) 观察点kn同步相量同步相量f=f0 000 111 222 333 444 555 666 777 40 5）观察点为 0.5*整周波点(10ms) 观察点kn同步相量同步相量f=f0 00/20 11/20 22/21 33/21 44/22 55/22 66/23 77/23 41 6）观察点为 1/4整周波点(5ms) 观察点Kn同步相量同步相量f=f0 00/40 11/40 22/40 33/40 44/41 55/41 66/41 77/4