相量測量裝置

pmu 的數(shù)據(jù)采樣/控制硬件類似于傳統(tǒng)的 rtu，但是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，pmu的數(shù)據(jù)采樣速率/數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要遠遠高于傳統(tǒng)的 rtu，pmu 的數(shù)據(jù)采樣速率一般在 10000 點/s左右，其數(shù)據(jù)的傳輸實時性要求20ms，因此，這就要求 pmu 的硬件設(shè)計上要有較快的 cpu(如采用 dsp 技術(shù)或多 cpu 技術(shù)) ，要求有較快的數(shù)據(jù)通信接口(如 10/100mhz 以太網(wǎng)) 。 圖1表示了pmu的各輸入/輸出模塊的關(guān)系，其 cpu 可以是單 cpu或雙 cpu 結(jié)構(gòu)。

圖中裝置的輸入信號有:①線路電壓、線路電流信號的輸入;②開關(guān)量信號的輸入;③發(fā)電機軸位置脈沖的輸入，可以是鑒相信號或轉(zhuǎn)速信號;④用于勵磁、agc 等的 4ma~20ma 控制信號;⑤gps 標(biāo)準(zhǔn)時間信號。

裝置的輸出信號有: ①用于中央信號的告警信號輸出;②用于通信用的 10/100m 以太網(wǎng)及rs232接口 (采用ieee std 1344通信標(biāo)準(zhǔn));③用于控制用的 4ma~20ma 輸出。

基于gps時鐘的pmu能夠測量電力系統(tǒng)樞紐點的電壓相位、電流相位等相量數(shù)據(jù)，通過通信網(wǎng)把數(shù)據(jù)傳到監(jiān)測主站.監(jiān)測主站根據(jù)不同點的相位幅度.在遭到系統(tǒng)擾動時確定系統(tǒng)如何解列、切機及切負荷.防止事故的進一步擴大甚至電網(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、同步相量的測量計算模塊和通信模塊。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)時間(精確到秒)。為了降低對gps的依賴性.在gps丟失衛(wèi)星后一段時間內(nèi).由本機自身晶振提供相當(dāng)精確的秒脈沖。相量測量運算部分輸入模擬交流信號.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"給信號處理模塊(dsp).dsp每讀取一點的數(shù)據(jù)就和前面的采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字傅里葉變換(dff)運算，求出該交流信號基波的幅值和相位。主dsp在計算相位后同時加上相應(yīng)的時標(biāo)從通信接口將相量數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測主站或保存在本地共控機上.同步串口通信數(shù)據(jù)除了采樣點時刻的時標(biāo)外.還有測量cpu發(fā)出的當(dāng)前交流信號頻率。

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

研究與應(yīng)用領(lǐng)域

目前，同步相量測量技術(shù)的應(yīng)用研究已涉及到狀態(tài)估計與動態(tài)監(jiān)視、穩(wěn)定預(yù)測與控制、模型驗證、繼電保護及故障定位等領(lǐng)域。

(1) 狀態(tài)估計與動態(tài)監(jiān)視。狀態(tài)估計是現(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)估計使用非同步的多種測量(如有功、無功功率，電壓、電流幅值等)，通過迭代的方法求出電力系統(tǒng)的狀態(tài)，這個過程通常耗時幾秒鐘到幾分鐘，一般只適用于靜態(tài)狀態(tài)估計。

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

(2) 穩(wěn)定預(yù)測與控制。同步相量測量技術(shù)可在擾動后的一個觀察窗內(nèi)實時監(jiān)視、記錄動態(tài)數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以預(yù)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制決策。基于同步相量測量技術(shù)，采用模糊神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進行預(yù)測和控制決策，取pmu所提供的發(fā)電機轉(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，輸出對應(yīng)穩(wěn)定、不穩(wěn)定。在弱節(jié)點處安裝pmu，可以觀測電壓穩(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) 模型驗證。電力系統(tǒng)的許多運行極限是在數(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。同步相量測量技術(shù)使直接觀察擾動后的系統(tǒng)振蕩成為可能，比較觀察所得的數(shù)據(jù)與仿真的結(jié)果是否一致以驗證模型，修正模型直到二者一致。

(4) 繼電保護和故障定位。同步相量測量技術(shù)能提高設(shè)備保護、系統(tǒng)保護等各類保護的效率，最顯著的例子就是自適應(yīng)失步保護。對于安裝在佛羅里達-喬治亞聯(lián)絡(luò)線上的一套自適應(yīng)失步保護系統(tǒng)，從1993年10月到1995年1月的運行情況分析表明，pmu是可靠和有價值的傳感器。另一個重要應(yīng)用是輸電線路電流差動保護，在相量差動動作判據(jù)中，參加差動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。

對故障點的準(zhǔn)確定位將簡化和加快輸電線路的維護和修復(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量原理，這種方法的精度將受故障電阻、系統(tǒng)阻抗、線路對稱情況和負荷情況等多種因素的影響。解決這一問題的根本出路是利用線路兩端同步測量的電壓和電流相量進行故障距離的求解，能獲得高精度和高穩(wěn)定性的定位結(jié)果。

廣域測量系統(tǒng)

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定已是越來越突出問題。以pmu為基本單元的廣域測量系統(tǒng)可以實時地反映全系統(tǒng)動態(tài)，是構(gòu)筑電力系統(tǒng)安全防衛(wèi)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。