同步相量测量装置

0
6
18 6
2 (3ff0)T 0*60
／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）
10
6）也有设想利用WAMS技术来构建广域保护系 统
36
2）观察点为3周波点(60ms)
观察点
K n 同步相量
同步相量f=f0
0
00
0
0
1
31
2(3ff0)T 0*10
0
2
62
2(3ff0)T 0*20
0
3
93
2(3ff0)T 0*30
0
4
12 4
2(3ff0)T 0*40
0
5
15 5
2 (3ff0)T 0*50
a. A相电压同步相量Ua/Фua; b. B相电压同步相量Ub/Фub ； c. C相电压同步相量Uc/Фuc ； d. 正序电压同步相量U1/Фu1 ； e. A相电流同步相量Ia/Фia ； f. B相电流同步相量Ib/Фib ； g. C相电流同步相量Ic/Фic ； h. 正序电流同步相量I1/Фi1 ； i. 开关量

u (t)2 U cots (θ) U U θ

i(t)2Icos t (θ) II θ
28
4、同步相量定义
t
1PPS
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)
Ψ 2 Ico t s ( ) j2 Isi tn ()
是一个正弦量
对A(t)取实部 RA e (t)[ ] 2Ico tsΨ ( )i(t有)物理意义
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
25
2、向量／相量／矢量／旋转矢量／旋转相量
j( t Ψ )
i2 I c o (s t Ψ ) A ( t)2 Ie
f. 机端B相电流同步相量Ib/Фib ；
g. 机端C相电流同步相量Ic/Фic ；
h. 机端正序电流同步相量I1/Фi1 ；
i. 内电势同步相量ε/Ф(ε);
j. 发电机功角
δ；
k. 开关量
18
(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
nk
n
0+0/8 0 1+0/8 1 2+0/8 2 3+0/8 3 4+0/8 4 5+0/8 5 6+0/8 6 7+0/8 7
0+1/8 0 1+1/8 1 2+1/8 2 3+1/8 3 4+1/8 4 5+1/8 5 6+1/8 6 7+1/8 7
0+2/8 0 1+2/8 1 2+2/8 2 3+2/8 3 4+2/8 4 5+2/8 5 6+2/8 6 7+2/8 7
A
A


1PPS
t
RT U U m 、 Im 、 u － i
RE U L m 、 A Im 、 Yu － i
F R u 、 i、 U m 、 Im 、 t
PM u 、 i、 U U m 、 Im 、 u 、 32i、 t
6、同步相量角度与 t / f 的关系
2**f*t
A (t)2 I e je j t 2 I e j t
复常数

I

ω=2πf
相量为唯一矢量，随着时间变 化，相量以ω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
其I为 中相 ,ejt为 量旋,转 Iejt为 因旋 子转相 26 量
ω
U
ω0
U 0
1、如果以ω0为参考旋转矢 量，则当ω＝ ω0时，U旋 转相量等于静止不动
6
WAMS技术发展状况
国内外概况
主站
通信 子站
7
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
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）
23
PMU工作原理
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
24
同步相量及计算
1、正弦函数与复函数
无物理意义 构造一个复函数 A(t) 2Iej(t)
17
(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/Фua;
b. 机端B相电压同步相量Ub/Фub ；
c. 机端C相电压同步相量Uc/Фuc ；
d. 机端正序电压同步相量U1/Фu1 ；
e. 机端A相电流同步相量Ia/Фia ；
0+6/8 0 1+6/8 1 2+6/8 2 3+6/8 3 4+6/8 4 5+6/8 5 6+6/8 6 7+6/8 7
0+7/8 0 1+7/8 1 2+7/8 2 3+7/8 3 4+7/8 4 5+7/8 5 6+7/8 6 7+7/8 7
35
1）假设 f f0，则 s 0 在任何时刻永久不变
13
国内外概况
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/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
同步相量测量装置
Phasor Measurement Unit (PMU) Phasor Monitor Unit (PMU)
A1//t
PMU
A1//t
主站
2
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
3
PMU国内外概况
4
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 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;
发电机键相测量
无
有
14
PMU主要参考文件
国内外概况
1、IEEE std 1344 （2019） 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）
15
PMU主要功能
16
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：
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。
5
国内外概况
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.
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
22
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：2M／10M／ 100M／64K／Modem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。
4、每一观察点的相量称为同步相量
29
Vm
t=0 (1 PPS)
signal x(t)
0度
Vm
t=0 (1 PPS)
-90度
30
31
5、PMU与其他装置的测量不同
U U m *2 * C( 2 O ** fS * tu ) U /u m I Im *2 * C(2 O ** f S * ti) U /i m
d2 2*
df*dt
d22**d f2**(ff0)
dt
33
7、不同观察点的同步相量角度
U A *2 * C( 2 O ** fS * t) A /
2 * *f* t
U为最大值的时间点为 tm(n)，（n=…,-2,-1,0,1,2,3,4,5,…）
19
2、判别并获取事件标识
1.
1）下列情况建立事件标识：
2.
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
Байду номын сангаас
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。
2、但此方法定义的绝对相 量违背同步相量的定义
3、当ω不等于 ω0时，U相 量仍然旋转
27
3、相量的意义及U/I相量
称I IΨ为正弦i(量 t)对应的相量
i(t)2Icos t (Ψ ) II Ψ
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：
m t(n ) (2 n 0)/2 f
当观察点为kT0时，根据同步相量定义计算出同步相量为: s 2 f ( k 0 t m ) T 2 f0 k 2 n T 0 2 ( k n 0 ) f T 0 f 0 34
k
nk
nk
nk
nk
nk
nk
南瑞
（SMU-1）
12
国内外概况
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）
（如：美国西部电网继电保护委员会提出）
11
国内外主要PMU制造商
国内外概况
Rochestor
（TR-2000）
Macrodyne （1690）
SEL
（SEL-421）
Arbiter Systems （1133A）
ABB
（RES521）
电科院
（ADX3000／PAC-2000）
四方
（CSS-200）
0+3/8 0 1+3/8 1 2+3/8 2 3+3/8 3 4+3/8 4 5+3/8 5 6+3/8 6 7+3/8 7
0+4/8 0 1+4/8 1 2+4/8 2 3+4/8 3 4+4/8 4 5+4/8 5 6+4/8 6 7+4/8 7
0+5/8 0 1+5/8 1 2+5/8 2 3+5/8 3 4+5/8 4 5+5/8 5 6+5/8 6 7+5/8 7
20
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，装置应建立事件标识。
21
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；
8
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 100M／1000M数据网建设成为电力公司通
信 的建设目标
9
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