PMU同步相量测量装置原理及维护.pdf

PMU同步相量测量装置原理以及维护国内外PMU的发展历史及应用状况经济及电力发展的需求1）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 MeasurementSystem）.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辘。国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE建设思路在发电厂和变电站安装相量测量单元(PMU)它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分析中心数据分析中心对各子站的相量进行同步处理和存储计算系统惯性中心相角和各机组、母线的相对相角，执行实时评估以动态监视电网的安全稳定性进行离线分析为系统的优化运行提供依据控制结合起来，提高电网的安全稳定水平和传输能力。STATE GRID国网电力科学研究院POWER RESEARCH INSTITUTE主站子站相量测量装置安装在电力系统调度 中心，用于接收、管 理、存储、分析、告 警、决策和转发动态 数据的计算机系统。安装在同一发电厂或 变电站的相量测量装 置和数据集中器的集 合。子站可以是单台 相量测量装置，也可 以由多台相量测量装 置和数据集中器构成。一个子站可以同时向 多个主站传送测量数 据。用于进行同步相量的 测量和输出以及进行 动态记录的装置。PMU的核心特征包括 基于标准时钟信号的 同步相量测量、失去 标准时钟信号的守时 能力、PMU与主站之 间能够实时通信并遵 循有关通信协议国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE电力系统实时动态监测系统发电机内电势发电机功角基于同步相量测量 以及现代通信技术,对地域广阔的电力 系统动态过程进行 监测和分析的系统。同步发电机转子以 同步速率旋转时，主磁场在气隙中形 成旋转磁场，它切割定子绕组,在定子绕组内感应 出对称三相电动势,称为激磁电动势，又称发电机内电势。发电机内电势和机 端电压正序相量之 间的夹角称为发电 机功角国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEGPS是英文Global Positioning System(2球定位系?)的简称，而其中文简称为 球位系。脉冲对时方式串行口对时方式脉冲对时方式多采用空接点接入方式，它可以分为：秒脉冲(PPS)-GPS时钟1 s对设备对时1次;分脉冲(PPM)-GPS时钟1 min对设备对时1次;时脉冲(PPH)-GPS时钟1 h对设备对时1次。被对时设备(故障录波装置、微机保护装置)通过GPS时钟的串行口，接收时钟信息，来矫 正自身的时钟。对时协议有RS232协议、RS422/485协议等。IRIG-B时钟码对时方式 IRIG-B是专为时钟传输而制订的时钟码标准。每秒钟输出一帧含有时间、日期和年份的时 钟信息。这种对时比较精确。国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE北斗卫星导航系统(BeiDou(COMPASS)Navigation Satellite System)是中国正 在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是:建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫 星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应 用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业 的广泛应用。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,空间段包括5颗静止轨道卫星 和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干 个地面国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEI所谓同步采样是指:在任IPPS,其脉冲前沿与国际标准时间（格林威治时间）何采 样时刻，不同装置的电压、电流基波向量采样的同步误差不超过1US相量：）u=Um*叵*COSQ*兀*于*t+oQ=Um I a,.PMU 21、SOC（Second of Century:世纪秒）十 秒等分 数+相量数据2、SOC+当前秒内的采样点数+相量数据:SOC在IEEE Std 1344-1995（R2001）的 起始时间为1900年1月1日零时起至今的秒 总数。SOC在电力系统实时动态监测系统技术规范（试 行）规定为1970年1月1日零时起至今的秒总数。国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTECOMTRADE IEEE新增：动态数据在PMU装置中保存工4天以上;守时功能；发电机功角测量功能；故障录波功能国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEIEEE:1344-1995(R2001)KIEEE:PC37.118-2005电力系统实时动态监测系统技 术规范功能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，通过计算获得数据(2)测量发电机机端三相电压、三相电流、开关量、转轴 鉴相信号，气门开度信号、AGC、AVC、PSS等信号。通过计算可获得数据(3)同步测量励磁电流/励磁电压，用于分析机组的励磁 特性(4)同步测量AGC控制信号，用于分析AGC控制响应特性国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE功能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。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。国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE功能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；国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE功能4:就地数据 管理及显示功能5:同步相量 数据传输功能6:与当地监 控系统交换数据(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 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。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 进行数据交换国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEPMU 监测 功能 技术 指标 装置应具备同时向主站传送实时监测数据的能力。装置应能接受多个主站的召唤命令，传送部分或全部测量通道的实时监测数 据。装置实时监测数据的输出速率应可以整定，在电网正常运行期间应具有多种 可选输出速率，但最低输出速率不低于1次/秒。在电网故障或特定事件期间,装置应具备按照最高或设定记录速率进行数据输出的能力。装置实时监测数据的输出时延（相量时标与数据输出时刻之时间差）应不大 于 30ms。装置应能实时记录全部测量通道的相量数据。装置实时记录数据的最高速率应不低于100次/秒,并具有多种可选记录速率。装置实时记录数据的保存时间应不少于14天国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE作用工：进行快 速的故障分析I*O华宏电用找功烹别XT厂站目录”华刷啊税安徼电即 H德电力,匕江5W防区上触后”浙江标H HH HH：国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE作用2:实时测 量发电机功角上麟觞第二她发电机功角是发电机转 子内电势与定子端电压 或电网参考点母线电压 正序相量之间的夹角，是表征电力系统安全稳 定运行的重要状态变量 之一，是电网扰动、振 荡和失稳轨迹的重要记 录数据y国网电力科学研究院外商桥38外肖桥48STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH作用3:捕捉电 网的低频振荡电网的低频振荡的捕捉是PMU装 置的一个重要功能。通过传统的 SCADA系统分析彳撷振荡，由于 其数据通讯的刷新速度为秒级，不.能够很可靠的判断出系统的振荡情况。基于PMU高速实时通讯(每 秒可高达100HZ数据)可较快地 获取系统运行信息。OTQb率万卜DFP 万”ODFOTQb-0052-Dm omoo万总1FDT CWrOO 万心-DE OfQbOO 万思 OTQbPO 万惠2DFP国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE作用4：分析发电机组 的动态特性及安全峪度 分析作用5：电力参数校核作用6:构建广域保护 系统通过PMU装置高速采集的发电 机组励磁电压、励磁电流、气 门开度信号、AGC控制信号、PSS控制信号等,可分析出发 电机组的动态调频特性，进行 发电机的安全峪度分析，为分 析发电机的动态过程提供依据。监测发电机进相、欠励、过励等运行工况，异常时报警。绘 制发电机运行极限图，根据实 时测量数据确定发电机的运行 点，实时计算发电机运行裕度,在异常运行时告警。黑龙江在2005年利用PMU做 电力校核试验。如：美国西部电网继电保护委员会提出利用PMU和WAMS技 术来构建广域保护系统国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE同步相量测量装置主要技术要求国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE装置的输入信 a1）线路电压、线路电流信号的输入（监控CT）;2）开关量信号的输入；3）发电机轴位置脉冲的输入，可以是鉴相信号或转速信号；4）用于励磁、AGC等的4-20mA控制信号;5）GPS标准时间信号；装置的输出 信号时钟同步要 求 1）用于中央信号的告警信号输出；2）用于通信用的10/100M以太网及RS232接口（采用lEEEstd 1344通信标 准）3）用于控制用的4-20mA输出；装置一般利用GPS系统的授时信号1PPS作为数据采样的基准时钟源。装置应能利用GPS的秒脉冲同步装置的采样脉冲，采样脉冲的同步误差不大于lus。为保证同步精度，宜使用 独立的GPS接受系统。装置内部造成的任何相位延迟必须被校正。当同步时钟信号丢失或异常时，装置应能维持正常工作。要求在失去同步时钟信号60分钟以内装置的相角测量误 差不大于1度。装置的同步时钟锁信能力应满足以下要求：a、温启动（停电4小时以上、半年以内的GPS主机开机）时间不大于 50秒；b、热启动（停电4小时以内的GPS主机重新开机）时间不大于25秒；c、重捕获时间不大于2秒国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE发电机功角的直接测量方法国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE1纯电气计算法2,转速积分法间接计算法，基于稳态相量图的解析法。用发电机交/直轴同步电抗参数及机端电压、电流计算获取发电机功角的测量方法。通过计算法获取稳态功角值，采集转速脉冲，对转速求积分计算任意的转子位置，修正功 角。该方法需要消除转速脉冲的累计误差国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTEPMU通讯技术及规约国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE命令管道 CFG1 CFG2 心跳报文 召唤CFG1,CFG2 下发CFG2数据管道数据帧文件管道召唤事件 文件列表 召唤暂态文件 召唤动态文件 确认报文广域启动参考相量确认报文国网电力科学研究院STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE