第２９卷第２期２００５年１月
电网技术
ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｂｃｈｎｏｌｏｇｙ
、，０１．２９Ｎｏ．２
Ｊａｌｌ．２００５
文章编号：１０００—３６７３（２００５）０２—００４４—０６中图分类号：ＴＭ９３０．１２文献标识码：Ａ学科代码：４７０．４０１７
基于同步相量测量技术的
广域测量系统应用现状及发展前景
许树楷１，谢小荣１，辛耀中２
（１．清华大学电机与应用电子技术系，北京市海淀区１０００８４；
２．国家电力调度通信中心，北京市西城区１０００３１）
ＰＲＥＳＥＮＴＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳＩＴＵＡＴＩｏＮＡＮＤＤＥＶＥＬｏＰＭＥＮＴＴＥＮＤＥＮＣＹＯＦＳＹＮＣＨＲｏＮｏＵＳＰＨＡＳＯＲＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ
ＢＡＳＥＤＷＩＤＥＡＲＥＡＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＳＹＳＴＥＭ
ＸＵＳｈｕ．ｋａｉｌ，ＸＩＥＸｉａｏ—ｒｏｎ９１，ＸＩＮＹａｏ—ｚｈｏｎ９２
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａＩｌｄＥ１ｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅ血ｇ，Ｔｓｉｎ曲ｕａＵｎｉＶｅｒｓｉｔｙ，ＨａｊｄｊａＩｌＤｉｓｔｒｉｃｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ；２．ＮａｔｉｏｎａｌＰｏｗｅｒＤｉｓｐａｔｃｈ＆ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒ，ＸｉｃｈｅｎｇＤｉｓｔｒｉｃｔ，Ｂｅｉｉｉｎｇ１０００３１，Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄｐｈａｓｏｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｑｕａｎｔｉｔｉｅｓｉｎ
ｗｉｄｅａｒｅａｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｐｏｗｅｒｓｙｓ㈦［Ｉｌ，ａｎｄａｎｅｗｗａｙｉｓｐｒｏＶｉｄｅｄｆｏｒｍｅｓｅｃｕｒｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓａｌｌｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｃｏｎ仃ｏｌｉｎｌａ昭ｅ—ｓｃａｌｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ翰ｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓａｔｃｌｌｉｔｃｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，ｐｏｗｅｒｃｏｍｍｕｍｃａｔｉｏｎｎｃｔｗｏｒｋａｎｄｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈＩｌｉｑｕｅｌａｉｄ
ｍｅｎｅｃｅｓｓａｒｙｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｍｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｙｎｃｈｍｎｏｕｓｐｈａｓｏｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＴｈｅｇｅｎｅｒａｌｄｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｗｉｄｅａｒｅａｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ（ｗＡＭｓ）ｂａｓｅｄｏｎｓｙｎｃｌｌｒｏｎｏｕｓｐｈａｓｏｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄｉｔｓａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｐｈａｓｏｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｕｎｉｔｓ（ＰＭＵ），ｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｃｈａｎｎｅｌｓａｎｄｍｅｆｈｎｃｔｉｏｎａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｉｔｓｃｅｎ仃ａｌ—ｓｔａｔｉｏｎａｒｅａＩｌａｌｙｚｅｄ．Ｒｅｖｉｅｗｉｎｇｔｌｌｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒａｃｔｉｃｅｏｆ
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ＫＥＹＷｏＲＤＳ：Ｓａｔｅｌｌｉｔｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎ；Ｐｈａｓｏｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｕｎｉｔ（ＰＭＵ）；Ｓｙｎｃｈｍｐｈａｓｏｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎ０１０９ｙ；Ｗｉｄｅ－ａｒｅａｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ（ＷＡＭＳ）：Ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ
摘要：同步相量测量技术可对广域分布电力系统的电气量进行实时测量，为大型电力系统的安全分析和稳定控制提供了新的契机。卫星授时、电力通信网络和数字信号处理技术的基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０４０７００１）。
ＰｒｏｊｅｃｔｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌｓｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｎｏｎｏｆｃｈｉｎａ（ＮＳＦＣ）（５０４０７００１）．快速发展为同步相量测量技术的应用提供了必要的基础。文章介绍了以同步相量测量技术为基础的广域测量系统（ｗＡＭｓ）的发展概况，在体系结构、相量测量单元（ＰＭｕ）分布、通信通道的选择、中心站功能设计等方面进行了分析。在回顾目前国内外ｗＡＭＳ工程应用情况的基础上，集中介绍了ＷＡＭＳ现有的在线监测、分析与控制功能，并展望了ｗＡＭｓ在未来电力系统闭环控制中的应用前景。
关键词：卫星授时；ＰＭｕ；同步相量测量技术；广域测量系统；电力系统
１引言
自１９６５年美国东北大停电以来，为确保电力系统更加安全地运行，许多研究电力系统运行的领域得到了发展。其中，广域测量数据作为输入量首次被引入到静态状态估计中。利用状态估计可实时估计系统的运行状态及判断下一时刻的安全性并给出基础潮流。但根据当时的技术条件无法实现高速率的同步测量。进入２０世纪９０年代以后，卫星授时系统的诞生、电力通信网络以及数字信号处理技术的发展为同步测量技术的应用奠定了基础【ｌ。４Ｊ。
同步相量技术是同步相量测量、传输、分析和应用技术的综合。主要包括相量测量单元（ＰｈａｓｏｒＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＵｎｉｔ，ＰＭＵ）、相量数据集中器（ＰｈａｓｏｒＤａｔａＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ，ＰＤＣ）、分耖÷与应用中心（ＡｎａｌｖｓｉｓａＩｌｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒ，ＡＡＣ）以及高速数据通信网等。其核心思想是：高精度（微秒级）同步采集广
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域电网的实时运行参数——相量，借助高速通信网络将分散的相量数据集中起来，得到时空坐标下电网全局的动态信息。应用ＰＭｕ能够实现发电机功角和母线电压相量的实时测量，为电力系统的监测、分析和控制提供一种新的思路和方法。
为规范同步相量技术的发展，ⅢＥＥ制定了相关的标准【５Ｊ，２００３年初国家电力调度通信中心制定了《电力系统实时动态监测系统技术规范》（试行），用于规范国内在同步相量技术方面的开发和应用工作。
在合适的发电厂和变电站安装ＰＭＵ构成广域测量系统（Ｗｉｄｅ—ＡｒｅａＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｖｓｔｅｍ，ＷＡＭＳ），ｗＡＭＳ将带时标的相量数据打包并通过高速通信网络传送到数据中心，数据中心对各子站的相量进行同步处理和存储，并可计算系统惯性中心相角及各机组、母线的相对相角，以及进一步调用相应的应用程序，对相量数据进行实时评估以动态监视电网的安全稳定性或进行深入研究以达到控制的目的№Ｊ。
２广域测量系统的结构
建立合理的广域测量系统需考虑如下几个问题：
（１）ｗＡＭｓ的体系结构设计以及ＰＭｕ的布点。在选择布点时需特别关注传输线路和输电走廊。经仿真分析发现＂】，为达到系统的可观测性，至少需要在全系统的１／４—１／３的母线上安装ＰＭｕ；由于受经济条件的制约，目前不可能在全网所有的厂站配置ＰＭＵ，因此很有必要认真考虑ＰＭＵ的配置方案。基于改善状态估计精度的ＰＭＵ配置方案【８ｊ和基于电力系统线性量测模型的ＰＭＵ布点方案是目前的研究热点，后者以ＰＭｕ量测集（数量和种类）的增广关联矩阵为研究对象，引入电力系统可观测性拓扑分析方法，以保证系统结构的完全可观测性及最大量测数据的冗余度为约束条件，以配置ＰＭＵ数目最小为目标，形成了ＰＭＵ最优配置（ＯｐｔｉｍａｌＰＭＵＰ１ａｃｅｍｅｎｔ，ＯＰＰ）问题，并应用禁忌搜索（１１ａｂｕＳｅａｒｃｈ，ＴＳ）的方法求解该问题【９Ｊ。
（２）高速的数据通道。目前，电力线通信，特别是光纤网络的发展已经为ｗＡＭｓ的构建打下了良好的通信基础，速率可达２Ｍｂ／ｓ。为满足实时性要求，克服数据传输的延时和拥塞问题，考虑采用全光纤通道及以太网和异步传输模式相结合的方式，可使测量子站每２０ｍｓ发送一次数据到达中心站，并能够解决多点对一点的通信问趔１０Ｊ。
（３）中心站的设计。开发合适的数据规范和存储格式，为实时数据的采集、传输和分析提供相应的平台。点对点的相角测量作用有限，需要升级为系统，ｗＡＭＳ的核心是中心站。
（４）系统功能的设计。包括实时监测相量的幅值和角度、干扰分析、电网模型的静态和动态校正。应针对对象系统的具体问题设计具有特色的ＰＭｕ。
（５）开放性与可扩展性。ＷＡＭＳ并不是一个封闭的系统，应该具备与现有系统连接的接口，并充分考虑发展问题。
３广域测量系统在国内外的应用现状
经过十多年的发展，目前已基本解决了ｗＡＭＳ中的关键测量技术问题；能够提供电网的相量信。氐克服了现有能量管理系统（Ｅｎｅ玛ｙＭａＩｌａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ，ＥＭＳ）不能直接测量角度的缺陷，从而改善了传统状态估计的估计结果；实时提供电网的动态过程数据及分析结果，填补了调度员不能监测系统动态过程的空白；ＷＡＭＳ已成为区域电网动态安全分析和稳定控制的基础数据平台；ＷＡＭＳ具有在线扰动识别、在线低频振荡监测与分析、机组进相运行监测与自动电压控制、仿真校核等功能。
同步相量测量技术最早在美国和欧洲的电力系统中得以应用［５，ｕ。１３１，主要是利用它的测量数据来提高系统状态估计的精度及进行相关的保护、监测和控制研究。美国西部联合电力系统（ｗｅｓｔｅｍＳｙｓｔｅｍｓＣｏｏ础ｎａｔｉｎｇＣｏｕｎｃｉｌ，ＷＳＣＣ）还通过ｗＡＭｓ开发了基于高速监测和快速控制的系统调度运行方式【１４１，目的是及时发现系统的动态干扰以避免不稳定状态的蔓延，从而避免导致系统大范围停运和停电事故的发生。日本应用同步相量测量技术开发了在线全局动态监测系统，用于研究广域低频振荡［１５，１６】；在主要的厂站安装了ＰＭＵ，通过Ｉｎｔｅｍｅｔ传输测量数据，通过小波变换提取振荡频率，来研究电力系统的动态特性及估计发电机静态时的阻尼系数和固有角频率，以此提高广域电力系统的控制效果。在传统的电力系统稳定器（ＰｏｗｅｒｓｖｓｔｅｍＳｔａｂｉｕｚｅｒ，ＰＳＳ）中加入广域信号，构成广域Ｐｓｓ。冰岛¨～匕较了本地（传统）ＰＳＳ和广域Ｐｓｓ的作用，发现本地ＰＳｓ对于本地模式有更好的阻尼作用，而广域Ｐｓｓ由于输入信号的频差则使得区间模式更容易观测。
我国同步相量技术的研究工作始于１９９５年前后【１８，１９Ｊ，并在最近几年得到了广泛的重视和应用，江苏省电网、三峡电网、华北电网、东北电网、南
ＰｏｗｃｒＳｙｓｔｅｍＴｂｃｈｎｏＩｏｇｙ、，０１．２９Ｎｏ．２
方电网和台湾地区电网已部分完成或正在实施庞大
的ｗＡＭＳ计划俐。虽然目前ｗＡＭＳ主要用于系统
动态监测【２ｌ，２２Ｊ，但其性能已能满足广域阻尼控制的
需要：①相对功角的测量精度高，在传统的电力系
统控制中，不能直接测得相对功角，但利用同步相
量测量技术可以实时获得这一反映系统动态特性的
关键信息量，而且测量精度高，稳态时达到０．１。，
动态时达到１０；②中心站获取同步相量数据的频率
高，在已实施ｗＡＭｓ工程的电网中，如江苏省电网、
三峡电网和东北电网，ＰＭｕ以５０Ｈｚ的频率向中心
站传送相量数据，而华北电网中删的传送频率则达到了１００Ｈｚ；③通信延迟能满足阻尼控制的要求，对江苏省电网和三峡电网的删Ｓ进行的测试结果表明，在目前基于光纤的电力线通信网中，采用ＴＣ肌Ｐ协议传输一个中等大小的相量数据包（８０个字节）到中心站，再返回ＰＭｕ子站总耗时约２０—１６０ｍｓ，通信延迟存在一定的分布特性，其中较小值对应网络空闲和中继次数少的情况，较大值对应网络繁忙和中继次数多的情况，且通信延迟主要集中于３０—８０ｍｓ；由于低频振荡的周期在１ｓ以上，因此广域测量的通信延迟可以通过算法来处理。４广域测量系统的应用功能
４．１动态监测
应用ｗＡＭｓ可对全网系统进行实时监测，～旦越限则发出报警。如前所述，目前世界上已有的ｗＡＭＳ工程项目多数已实现了这一功能。
同步相量技术的另外一个重要应用是在线、实时、准确地测定系统参数，为系统分析计算提供数据。文献【２３】、【冽提出了基于同步相量测量技术的线路参数计算方法，都是在已知线路两端同步电压和电流的条件下，通过计算求得线路的各序参数踞３１，或者特性阻抗、传播参数、单位长度电感及电容掣州。４．２动态安全分析和控制
（１）阻尼控制
随着电力系统规模的不断扩大，区域间的低频振荡已成为限制系统传输能力的瓶颈，如果振荡线路停运则易导致大范围的系统干扰∞】。传统的ＰｓＳ是通过控制发电机励磁系统的本地阻尼控制器（ＬｏｃａｌＰＳＳ，ＬＰＳＳ）发挥作用的，由于不能直接利用相对功角和角速度形成闭环控制，因此受限于本地信息，缺乏动态协调能力，不能发挥有效的阻尼控制作用。研究表明，除本地信号以外，加入远方＋一…电压
赢》盛Ｍ圈双阶｛燮二ｊ
第２９卷第２期电网技术４７
轨迹，并使用该时刻以前的统计模型和自适应跟踪算法对系统故障时的轨迹进行滤波和预测，快速判定系统是否暂态稳定，以便预警。采用暂态能量函数法（ＴｒａｎｓｉｅｎｔＥｎｅｒｇｙＦｕｎｃｔｉｏｎ，ＴＥＦ）判定系统暂态稳定，由基于稳定域边界的主要不稳定平衡点决定临界能量。
文献【３０】在预测事故轨迹时以及计算稳定边界值时采用电力系统的经典模型，这并不能满足实际需要。
加拿大魁北克省电力公司经过计算机仿真研究发现口１１，基于广域同步相量技术，在强大的ＬＡＮ，ＷＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ用垤ｄｅＡｒｅａＮｅｔＷｏｒｋ）通信支持下建立的广域测量网络保证了实时传输同步相量和控制信号，构成分级／分散的全局控制体系结构，在不同的系统运行条件下发挥了非常有效的稳定控制效果。
（３）电压控制
电压稳定问题是一个局部问题，同步相量测量技术的出现打破了很多传统控制系统的死区，因为系统的任何变化均可反映在被测的同步相量中。目前已有人研究基于相量测量的电压稳定监测和校正控制方法【３２。４］。基于这样的事实，文献【３２】通过测量同步电压相量反映系统的运行状态，通过监测负荷节点及与其相连节点的同步电压相量对系统的电压稳定进行评估，它是将常用的等效方法应用在与被监测负荷节点相连接的同步电压相量测量单元中，从而得到一个等价的两节点系统，然后对该等效两节点系统进行电压稳定评估。定义就地电压稳定评估指标（ＬｏｃａｌＶｏｌｔａ培ｅＳｔａｂｉｌｉｔｙＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ＬＶＳＡ）为
ｊｒ山ｓＡ＝Ｉｕｌ。ａｄＩｃｏｓ（岛。ａｄ一铝）一Ｉ—‰Ｉ／２（１）式中ｕｋ甜和气以分别为等效负荷节点的电压和相角；巨。和氏分别为等效电压源的电压和相角。墨、ｍ反映了当前运行状态下系统与被监测节点传输能力极限的距离。墨ｖ。。越接近于０，表示系统越接近其传输能力极限。墨ｖ。。＝Ｏ时，意味着系统已达到传输能力极限。此时，若进一步增加负载，系统即发生电压崩溃／失稳。因此墨ｖ。。具有反映电压稳定裕度的能力。
文献［３３】提出基于广域测量系统的长期监测系统动态行为的方法，提出基于方程求解动态电压稳定问题的预测算法，该算法可精确地提前发现不稳定问题，以便于及早更好地采取补救措施。
（４）频率控制
传统的低频减载（Ｕｎｄｅｒ
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
ＬｏａｄＳｈｅｄｄｉｎｇ，研吧Ｓ）方法已被广泛应用于频率稳定控制中，它主要以本地测量频率作为切负荷的依据，
需等频率下降以后才能采取措施。依据频率变化率计算负荷切除量【３５】
△Ｐ＝日。。咖。ｄ国／ｄｆ（２）式中国为本地频率；凹为有功功率切除量；日。。为系统惯量。这种方法要求已知负荷的频率敏感度及电压敏感度。文献［３５】提出了基于广域测量提取相关信息的预测频率稳定控制方法。其惯量、负荷的频率和电压特性均由广域测量系统在线提供，并且要求测量实际的负荷分布及负荷的精确切除数量。然而该方法采用了负荷静态模型，需要在全部母线节点安装ＰＭｕ，且没有考虑实际切负荷的选择问题，与实际应用还有一定距离。
５广域测量系统的发展前景
随着电力系统跨区互联的发展，传统的分析手段和控制策略已经不能满足实际要求。因此需要构筑基于ＷＡＭＳ的安全稳定控制体系。
文献【３６】阐述了ＷＡＭＳ的原理和系统结构，重点讨论了实现ＷＡＭＳ所涉及的关键技术，包括功角测量、暂态稳定性判别和控制决策、响应时间、通信方式和可靠性设计等，论证了同步相量技术应用于电力系统暂态稳定控制的可行性和优越性。未
来同步相量技术的发展可分为以下几个阶段：（１）基于删Ｓ数据的广域、快速、精确、同步的特点，构筑跨区电网综合动态信息平台，供互联电网分析、监测和实时动态控制使用；
（２）开发高级的测量与监视工具，对全系统进行动态安全分析（Ｄｙｎ锄ｉｃＳｔａｂｉｌｉｔｙＡｎａｌｙｚｅ，ＤＳＡ）、稳定预警及预决策。包括在线扰动识别、振荡监视、事故重演与仿真校核、暂态功角稳定监测、电压动态过程监测与报警、灵活交流输电系统（ＦＡＣＴＳ）的控制器动作监视、系统动态模型与参数辨识、保护协调管理等；
（３）基于删ｓ的实时闭环控制。基于动态信息平台对电力系统进行动态稳定监测和分析，形成在线预决策安全稳定控制策略，如与常规电网安全自动装置相结合，则能构建大系统协调稳定控制，实现大区互联电网的在线实时安全稳定控制。包括协调全系统控制器的动作、优化切机、切负荷、
４８ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｂｃｈｎｏｌｏｇｙ、，０１．２９Ｎｏ．２协调振荡解列措施等。
６结论
本文综述了以同步相量技术为基础的广域测量
系统在电力系统中的应用情况，得到如下几点结论：
（１）广域测量系统已经解决了测量方面的问
题，在改善电力系统状态估计精度以及实时监测系
统的运行状况方面发挥了良好的作用；
（２）目前的研究重点是对广域测量系统动态
和暂态过程的控制；
（３）应用广域测量系统的最终目的是实现电
力系统的广域闭环控制，为电力系统的安全经济运
行提供有力的保障。
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收稿日期：２００４．１ｌ一１５。
作者简介：
许树楷（１９７８．），男，博士研究生，研究方向为同步相量技术及其应用、ＦＡｃＴｓ技术及其应用；
谢小荣（１９７５．），男，博士，助理研究员，研究方向为同步相量技术及其应用、ＦＡｃＴｓ技术及其应用、电力系统稳定性控制；
辛耀中（１９５６．），男，博士研究生，教授级高级工程师，从事电力
系统分析及电力系统暂态分析与控制方面的研究工作。
（上接第８页ｃｏｎｔｉｎｕｅｄｆｒｏｍｐａｇｅ８）
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收稿日期：２００４．１０．１５。
作者简介：
高慧敏（１９７８一），女，博士研究生，研究方向为电力系统建模、分
析与控制；
刘宪林（１９５５一），男，博士，教授，从事电力系统分析与控制方面
的研究工作；
徐政（１９６２一），男，教授，博士生导师，从事直流输电与柔性交
流输电、电力系统谐波与电能质量、电力市场及其技术支持系统等方面
的研究工作。
基于同步相量测量技术的广域测量系统应用现状及发展前景
作者：许树楷， 谢小荣， 辛耀中， Xu Shukai， Xie Xiaorong， Xin Yaozhong
作者单位：许树楷,谢小荣,Xu Shukai,Xie Xiaorong(清华大学,电机与应用电子技术系,北京市,海淀区,100084)， 辛耀中,Xin Yaozhong(国家电力调度通信中心,北京市,西城区,100031)
刊名：
电网技术
英文刊名：POWER SYSTEM TECHNOLOGY
年，卷(期)：2005，29(2)
被引用次数：77次
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1.学位论文汤娇电力系统同步相量测量装置及其在状态估计中的应用2006
卫星授时、电力通信网络和数字信号处理技术的快速发展为同步相量测量技术的应用提供了必要的基础。同步相量测量技术可对广域分布电力系统的电气量进行实时同步测量，为大型电力系统的安全分析和稳定控制提供了新的契机。本文研究了同步相量测量装置(PMU)及其在电力系统状态估计中的应用。
提出了一种新的PMU(Phasor Measurement Unit)构成方案，充分利用数字信号处理器(DSP)的集成资源和高速AVR单片机的特性，以GPS秒脉冲和频率跟踪信号经DSP捕获单元共同形成同步采样信号，以USB接口、CAN总线接口和以太网接口相结合的通讯方式实现高速大容量数据传输，从而形成以DSP芯片测量解算为主、以高速AVR单片机通讯控制为辅的基于变间隔采样的递推DFT算法的双CPU同步相角测量装置的软硬件设计方案。
在基于数字信号处理器(DSP)和高速AVR单片机双CPU的同步相量测量装置(PMU)的研究基础上，提出了一种eCAN总线(Enhanced Controller AreaNetwork)与工业以太网相结合的PMU数据通信方案。讨论了eCAN的硬件设计原理和软件设计流程，设计了基于高性能数字信号处理器TMS320LF2407的连接CAN现场总线和工业以太网的嵌入式现场网关，实现了PMU与现场工控机(动模实验)以及远程控制中心的实时通信。
在PMU的众多应用中，基于PMU的电力系统状态估计已成为一个热门课题。根据电力系统网络的稀疏性和网络图论，在系统中某些节点安装PMU，能实现电力系统的拓扑分块解耦状态估计。本文研究了使状态估计分块解耦的PMU配置，建立了引入PMU的分块解耦状态估计模型，该模型的优点是充分利用了PMU的电压相量和支路电流相量信息。利用PMU的电压量测，可把一个电力系统网络分块成几个子系统网络分别进行状态估计，各个子系统之间不再存在数据的交换。PMU的支路电流相量可转换成相关节点的电压相量或相关的支路潮流，提高了量测系统数据的精度和冗余度，有利于提高状态估计的性能。对IEEE30节点的算例仿真表明，当PMU测量精度较高时，与传规的应用PMU的状态估计模型相比，分块解耦状态估计提高了估计的精度和速度。随着分块的增多，计算机并行技术的使用，有可能实现电力系统实时状态估计。
2.学位论文季坤广域测量系统（WAMS）中同步相量测量装置及其通讯方式的研究2005
卫星授时、电力通信网络和数字信号处理技术的快速发展为同步相量测量技术的开发和应用提供了必要的基础。同步相量测量技术可对广域分布电
作了深入研究，设计了双CPU协调工作的同步相量测量装置，对其测量精度、同步性和可靠性做了进一步深化，并构建了灵活多样的底层通讯方案。
提出了一种新的PMU构成方案，充分利用数字信号处理器(DSP)的集成资源和高速AVR单片机的特性，以GPS秒脉冲和频率跟踪信号经DSP捕获单元共同形成同步采样信号，以USB接口、CAN总线接口和以太网接口相结合的通讯方式实现高速大容量数据传输，从而形成以DSP芯片测量解算为主、以高速AVR单片机通讯控制为辅的基于变间隔采样的递推DFT算法的双CPU同步相角测量装置的软硬件设计方案。
论文对各种同步相量测量算法进行了比较。利用DSP高精度捕获的两级特性，在精确同步信号源与实时频率跟踪测量情况下，提出了完整周波抗混迭同步采样方法，使采样间隔能在当前周波和下一周波之间实时控制，避免了因频率变化而引起的混迭现象；也满足了一个数据窗内采样周波完整性和自适应调整采样率的同步采样要求，为递推DFT算法提供完整精确同步的原始数据。该方法克服了定间隔采样频率变化带来的影响；又比基于递推DFT变换的自适应调整采样间隔的方法在硬件上易于实现，计算简单。
WAMS系统中的PMU比传统测量系统具有更复杂的通信网络，论文构建了一种较为灵活的PMU底层通讯网络设计方案。PMU装置内部的两个CPU(DSP和AVR单片机)之间采用SPI同步串行接口，充分利用了这两款CPU的片内资源以简化硬件结构，同时能够满足它们之间的数据通讯要求。PMU通过USB接口将采集的瞬时数据和解算的相量数据传送给现场上位机，以便现场上位机能够实现故障录波等局域电网分析和控制功能。PMU将测得的带有全网统一时标的相量信息由CAN总线经网关接入Ethernet网，实时向调度中心上传，以便调度中心根据EEAC的紧急控制框架理论、综合EMS系统实施全网稳定控制。CAN总线同时也用于动模实验室中各个PMU之间相量数据交换。
3.学位论文蔡景东电力系统同步相量测量装置动态录波的研究2006
电网规模的不断扩大和电网结构的日趋复杂对大电网的安全稳定提出了更高的要求，电网的稳定监测和控制显得越来越重要。现有的电力系统监测手段(主要是SCADA系统和故障录波装置)在实现方法、监测效果、数据处理和传输等方面出现了许多急待解决的问题。卫星授时、电力通信网络和数字信号处理技术的快速发展为同步相量测量技术的应用提供了必要的基础。同步相量测量技术可对广域分布电力系统的电气量进行实时测量，为大型电力系统的安全分析和稳定控制提供了新的契机。
提出了一种新的同步相量测量装置(PMU)的构成方案，充分利用数字信号处理器DSP的集成资源和高速AVR单片机的特性，以GPS秒脉冲和频率跟踪信号经DSP输入捕获单元共同形成同步采样控制信号，以USB接口、CAN总线接口和以太网接口相结合的通信方式实现高速大容量数据传输。在此基础上，进一步利用其同步相量测量装置内部的丰富资源，对同步相量测量装置的动态录波功能进行初步性的研究与探讨。给出了故障动态录波的数据记录方式、启动判据和故障测距算法。
针对传统数据传输方式速度较慢、安装不便的缺点，提出了一种快速的基于USB总线的同步相量测量装置的数据通信方式设计，阐述了同步相量测量装置中USB通信模块的设计过程，给出了固件程序、驱动程序以及应用软件设计方法。实验数据表明，采用USB总线通信技术实现同步相量测量装置与现场工控机的数据传输，既满足其可靠的高速传输要求，又使得PMU可脱离上位机而独立运行。
电力系统故障动态录波的主要任务是记录电力系统大扰动如短路故障、系统振荡、频率崩溃、电压崩溃等发生后的有关电力系统电参量的变化过程及继电保护与安全自动装置的动作行为。IEEE制订了一种通用标准文件格式——电力系统暂态数据交换通用格式COMTRADE(Common Format for Transient Data Exchangefor Power Systems)，用于存储从电力系统或电力系统模型收集的暂态波形或时间记录，解决了电力系统动态记录的存储、交换和共享问题。
在此基础上，按照IEEE COMTRADE 1999的格式规定，基于VC++6.0面向对象编程技术和各种计算方法，开发完成了电力系统同步相量测量装置的上位机动态录波软件，并在Windows XP环境通过调试。可以实现电力系统同步相量测量装置动态录波的波形显示，波形分析以及数据管理等功能。
4.学位论文张树森一种同步时标可调的相量测量装置的研制2006
基于相量测量单元(PMU)的广域测量系统(WAMS)利用全网同步带有时标信息的相量数据，可以对全网进行实时分析、动态过程记录、暂态稳定预测与控制、继电保护等多方面的应用，为大型电力系统的安全分析和稳定控制提供了新的视角。近年来，随着卫星授时、电力通信网络、DSP技术的发展，使得PMU技术大大成熟，为WAMS的广泛应用奠定了坚实的基础。
第一章介绍了广域测量系统的基本情况、国内外发展现状和发展趋势。
第二章对PMU的硬件结构设计进行了研究。
第三章介绍了自适应等间隔采样电路的结构，详述了同步时标自由设置的原理、相位修正的方法、采样算法以及误差产生的原因和造成的影响。第四章探讨了基于DSP/BIOS软件设计的方法。
引证文献(77条)
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