電力系統(tǒng)同步相量測(cè)量

基于gps時(shí)鐘的pmu能夠測(cè)量電力系統(tǒng)樞紐點(diǎn)的電壓相位、電流相位等相量數(shù)據(jù)，通過(guò)通信網(wǎng)把數(shù)據(jù)傳到監(jiān)測(cè)主站.監(jiān)測(cè)主站根據(jù)不同點(diǎn)的相位幅度.在遭到系統(tǒng)擾動(dòng)時(shí)確定系統(tǒng)如何解列、切機(jī)及切負(fù)荷.防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大甚至電網(wǎng)崩潰。根據(jù)功能要求.pmu應(yīng)包括同步采樣觸發(fā)脈沖的發(fā)生模塊、同步相量的測(cè)量計(jì)算模塊和通信模塊。同步采樣觸發(fā)脈沖的發(fā)生部分主要功能是提供秒脈沖和當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間(精確到秒)。為了降低對(duì)gps的依賴性.在gps丟失衛(wèi)星后一段時(shí)間內(nèi).由本機(jī)自身晶振提供相當(dāng)精確的秒脈沖。相量測(cè)量運(yùn)算部分輸入模擬交流信號(hào).a/d由外部產(chǎn)生的同步采樣脈沖觸發(fā).轉(zhuǎn)換完成后發(fā)送"中斷"給信號(hào)處理模塊(dsp).dsp每讀取一點(diǎn)的數(shù)據(jù)就和前面的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字傅里葉變換(dff)運(yùn)算，求出該交流信號(hào)基波的幅值和相位。主dsp在計(jì)算相位后同時(shí)加上相應(yīng)的時(shí)標(biāo)從通信接口將相量數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測(cè)主站或保存在本地共控機(jī)上.同步串口通信數(shù)據(jù)除了采樣點(diǎn)時(shí)刻的時(shí)標(biāo)外.還有測(cè)量cpu發(fā)出的當(dāng)前交流信號(hào)頻率。

1 同步相量測(cè)量

(1) 測(cè)量變電站線路三相基波電壓、三相基波電流、序量值、開關(guān)量等的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)時(shí)標(biāo);

(2) 測(cè)量發(fā)電機(jī)機(jī)端三相基波電壓、三相基波電流、序量值、開關(guān)量、發(fā)電機(jī)功角、發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)時(shí)標(biāo);

(3) 測(cè)量勵(lì)磁系統(tǒng)、agc 系統(tǒng)等的直流模擬量等。

2 同步相量數(shù)據(jù)傳輸 裝置根據(jù) ieee std 1344 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:10/100mhz 以太網(wǎng)、rs232、2m 口等，通信鏈路協(xié)議為 tcp/ip。

3 數(shù)據(jù)整定及就地顯示

(1) 裝置的參數(shù)當(dāng)?shù)卣?

(2) 裝置的測(cè)量數(shù)據(jù)可以在計(jì)算機(jī)界面上以相量列表、主接線圖相量矢量表計(jì)、相量矢量圖、連續(xù)相量變化圖、模擬量波形圖、模擬量值、開關(guān)量狀態(tài)等方式顯示。

4 擾動(dòng)數(shù)據(jù)記錄

(1) 具備暫態(tài)錄波功能。用于記錄瞬時(shí)采樣的數(shù)據(jù)的輸出格式符合 ansi/ieeec37.111-1991cpu處理電壓輸入電流輸入4ma-20ma輸入開關(guān)量輸入gps10mhz以太網(wǎng)rs232告警信號(hào)輸出軸脈沖輸入4ma-20ma輸出控制輸入(comtrade)的要求;

(2)具有全域啟動(dòng)命令的發(fā)送和接收，以記錄特定的系統(tǒng)擾動(dòng)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 當(dāng)?shù)赝ㄐ沤涌?裝置提供通信接口用于和勵(lì)磁系統(tǒng)、agc 系統(tǒng)、電廠監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

6 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 存儲(chǔ)暫態(tài)錄波數(shù)據(jù);存儲(chǔ)實(shí)時(shí)同步相量數(shù)據(jù)。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，pmu陸續(xù)安裝于北美及世界許多國(guó)家的電網(wǎng)，針對(duì)同步相量測(cè)量技術(shù)所進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，既驗(yàn)證了同步相量測(cè)量的有效性，也為pmu的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行積累了經(jīng)驗(yàn)。其中包括1992年6月，喬治亞電力公司在scherer電廠附近的500 kv輸電線上進(jìn)行了一系列的開關(guān) 試驗(yàn)，以確定電廠的運(yùn)行極限并驗(yàn)證電廠的模型;1993年3月，針對(duì)加利福尼亞-俄勒岡輸電項(xiàng)目所進(jìn)行的故障試驗(yàn)等。試驗(yàn)中應(yīng)用pmu記錄的數(shù)據(jù)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)吻合。

研究與應(yīng)用領(lǐng)域

目前，同步相量測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用研究已涉及到狀態(tài)估計(jì)與動(dòng)態(tài)監(jiān)視、穩(wěn)定預(yù)測(cè)與控制、模型驗(yàn)證、繼電保護(hù)及故障定位等領(lǐng)域。

(1) 狀態(tài)估計(jì)與動(dòng)態(tài)監(jiān)視。狀態(tài)估計(jì)是現(xiàn)代能量管理系統(tǒng)(ems)最重要的功能之一。傳統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)使用非同步的多種測(cè)量(如有功、無(wú)功功率，電壓、電流幅值等)，通過(guò)迭代的方法求出電力系統(tǒng)的狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程通常耗時(shí)幾秒鐘到幾分鐘，一般只適用于靜態(tài)狀態(tài)估計(jì)。

應(yīng)用同步相量測(cè)量技術(shù)，系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)正序電壓相量與線路的正序電流相量可以直接測(cè)得，系統(tǒng)狀態(tài)則可由測(cè)量矢量左乘一個(gè)常數(shù)矩陣獲得，使得動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)成為可能(引入適當(dāng)?shù)南嘟?測(cè)量，至少可以提高靜態(tài)狀態(tài)估計(jì)的精度和算法的收斂性)。將廠站端測(cè)量到的相量數(shù)據(jù)連續(xù)地傳送至控制中心，描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的狀態(tài)就可以建立起來(lái)。一條4800或9600波特率的普通專用通信線路可以維持每2~5周波一個(gè)相量的數(shù)據(jù)傳輸，而一般的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)現(xiàn)象的頻率范圍是0~2 hz，因而可在控制中心實(shí)時(shí)監(jiān)視動(dòng)態(tài)現(xiàn)象。

(2) 穩(wěn)定預(yù)測(cè)與控制。同步相量測(cè)量技術(shù)可在擾動(dòng)后的一個(gè)觀察窗內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)視、記錄動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以預(yù)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制決策?；谕较嗔繙y(cè)量技術(shù)，采用模糊神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制決策，取pmu所提供的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角度以及由轉(zhuǎn)子角度推算出的速度(變化率)等作為神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的輸入，輸出對(duì)應(yīng)穩(wěn)定、不穩(wěn)定。在弱節(jié)點(diǎn)處安裝pmu，可以觀測(cè)電壓穩(wěn)定性。pss利用pmu所提供的廣域相量作為輸入，構(gòu)成全局控制環(huán)，可以消除區(qū)域間振蕩。

(3) 模型驗(yàn)證。電力系統(tǒng)的許多運(yùn)行極限是在數(shù)值仿真的基礎(chǔ)上得到的，而仿真程序是否正確在很大程序上取決于所采用的模型。同步相量測(cè)量技術(shù)使直接觀察擾動(dòng)后的系統(tǒng)振蕩成為可能，比較觀察所得的數(shù)據(jù)與仿真的結(jié)果是否一致以驗(yàn)證模型，修正模型直到二者一致。

(4) 繼電保護(hù)和故障定位。同步相量測(cè)量技術(shù)能提高設(shè)備保護(hù)、系統(tǒng)保護(hù)等各類保護(hù)的效率，最顯著的例子就是自適應(yīng)失步保護(hù)。對(duì)于安裝在佛羅里達(dá)-喬治亞聯(lián)絡(luò)線上的一套自適應(yīng)失步保護(hù)系統(tǒng)，從1993年10月到1995年1月的運(yùn)行情況分析表明，pmu是可靠和有價(jià)值的傳感器。另一個(gè)重要應(yīng)用是輸電線路電流差動(dòng)保護(hù)，在相量差動(dòng)動(dòng)作判據(jù)中，參加差動(dòng)判別的線路二端電流相量必須是同步得到的，pmu即可提供這種同步相量。

對(duì)故障點(diǎn)的準(zhǔn)確定位將簡(jiǎn)化和加快輸電線路的維護(hù)和修復(fù)工作，從而提高電力系統(tǒng)供電的連續(xù)性和可靠性。傳統(tǒng)的單端型故障定位方法是基于電抗測(cè)量原理，這種方法的精度將受故障電阻、系統(tǒng)阻抗、線路對(duì)稱情況和負(fù)荷情況等多種因素的影響。解決這一問(wèn)題的根本出路是利用線路兩端同步測(cè)量的電壓和電流相量進(jìn)行故障距離的求解，能獲得高精度和高穩(wěn)定性的定位結(jié)果。

廣域測(cè)量系統(tǒng)

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定已是越來(lái)越突出問(wèn)題。以pmu為基本單元的廣域測(cè)量系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)地反映全系統(tǒng)動(dòng)態(tài)，是構(gòu)筑電力系統(tǒng)安全防衛(wèi)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。