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同步相量測量裝置
閱讀�25153時間�2011-08-30 10:15:22

  同步相量測量裝置(PMU:PhasorMeasurementUnit)是利�全球定位系統(tǒng)(GPS)秒脈沖作�同步時鐘�(gòu)成的相量測量單元??捎糜陔娏ο到y(tǒng)的動�(tài)�(jiān)�、系�(tǒng)保護(hù)和系�(tǒng)分析和預(yù)測等�(lǐng)域.是保障電�(wǎng)安全運行的重要設(shè)備。目前世界范圍內(nèi)已安裝使用數(shù)百臺PMU?,F(xiàn)場試�、運行以及應(yīng)用研究的�(jié)果表明:同步相量測量技�(shù)在電力系�(tǒng)狀�(tài)估計與動�(tài)�(jiān)�、穩(wěn)定預(yù)測與控制、模型驗��繼電保護(hù)、故障定位等方面獲得了應(yīng)用或有應(yīng)用前��

原理

  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�(shù)�(jù),通過通信�(wǎng)把數(shù)�(jù)傳到�(jiān)測主站.�(jiān)測主站根�(jù)不同點的相位幅度.在遭到系統(tǒng)擾動時確定系�(tǒng)如何解列、切�(jī)及切�(fù)荷.防止事故的�(jìn)一步擴(kuò)大甚至電�(wǎng)崩潰。根�(jù)功能要求.PMU�(yīng)包括同步采樣觸發(fā)脈沖的發(fā)生模�、同步相量的測量計算模塊和通信模塊。同步采樣觸�(fā)脈沖的發(fā)生部分主要功能是提供秒脈沖和�(dāng)前標(biāo)�(zhǔn)時間(精確到秒)。為了降低對GPs的依賴性.在GPS丟失�(wèi)星后一段時間內(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�(fā)送“中斷”給信號處理模塊(DSP).DSP每讀取一點的�(shù)�(jù)就和前面的采樣數(shù)�(jù)�(jìn)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�(biāo)從通信接口將相量數(shù)�(jù)�(fā)送到�(jiān)測主站或保存在本地共控機(jī)上.同步串口通信�(shù)�(jù)除了采樣點時刻的時標(biāo)外.還有測量CPU�(fā)出的�(dāng)前交流信號頻��

�(jié)�(gòu)

  PMU 的數(shù)�(jù)采樣/控制硬件類似于傳統(tǒng)� RTU,但是根�(jù)�(biāo)�(zhǔn)的要�,PMU的數(shù)�(jù)采樣速率/數(shù)�(jù)傳輸?shù)膶崟r性要�(yuǎn)�(yuǎn)高于傳統(tǒng)� RTU,PMU 的數(shù)�(jù)采樣速率一般在 10000 點/s左右,其�(shù)�(jù)的傳輸實時性要�20ms,因�,這就要求 PMU 的硬件設(shè)計上要有較快� CPU(如采用 DSP 技�(shù)或多 CPU 技�(shù)� ,要求有較快的數(shù)�(jù)通信接口(如 10/100MHz 以太�(wǎng)� �

  �1表示了PMU的各輸入/輸出模塊的�(guān)系,� CPU 可以是單 CPU或雙 CPU �(jié)�(gòu)。圖中裝置的輸入信號有:①線路電�、線路電流信號的輸入;②開關(guān)量信號的輸入;③�(fā)電機(jī)軸位置脈沖的輸入,可以是鑒相信號或轉(zhuǎn)速信�;④用于勵磁、AGC 等的 4mA�20mA 控制信號;⑤GPS �(biāo)�(zhǔn)時間信號�

同步相量測量裝置的結(jié)構(gòu)

  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�(wǎng)及RS232接口 (采用IEEE  std  1344通信�(biāo)�(zhǔn));③用于控制用� 4mA�20mA 輸出�

功能

  1  同步相量測量

  (1) 測量變電站線路三相基波電�、三相基波電�、序量�、開�(guān)量等的實時數(shù)�(jù)及實時時�(biāo)�

  (2) 測量�(fā)電機(jī)�(jī)端三相基波電�、三相基波電�、序量�、開�(guān)量、發(fā)電機(jī)功角、發(fā)電機(jī)�(nèi)電勢的實時數(shù)�(jù)及實時時�(biāo)�

  (3) 測量勵磁系統(tǒng)、AGC 系統(tǒng)等的直流模擬量等�

  2  同步相量�(shù)�(jù)傳輸

  裝置根據(jù) IEEE std 1344 �(guī)約將同步相量�(shù)�(jù)傳輸?shù)街髡?,傳�?shù)耐ǖ栏�?jù)實際情況而定,如�10/100MHz 以太�(wǎng)、RS232�2M 口等,通信鏈路�(xié)議為 TCP/IP�

  3  �(shù)�(jù)整定及就地顯�

  (1) 裝置的參�(shù)�(dāng)?shù)卣ǎ?/FONT>

  (2) 裝置的測量數(shù)�(jù)可以在計算機(jī)界面上以相量列表、主接線圖相量矢量表�、相量矢量圖、連續(xù)相量變化�、模擬量波形�、模擬量�、開�(guān)量狀�(tài)等方式顯��

  4  擾動�(shù)�(jù)記錄

  (1) 具備暫態(tài)錄波功能。用于記錄瞬時采樣的�(shù)�(jù)的輸出格式符� 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�(wǎng)RS232告警信號輸出軸脈沖輸�4mA-20mA輸出控制輸入(COMTRADE)的要求�

  (2)具有全域啟動命令的發(fā)送和接收,以記錄特定的系�(tǒng)擾動�(shù)�(jù)�

  (3)可以� IEC60870-5-103 � FTP 的方式和主站交換定值及故障�(shù)�(jù)�

  5  �(dāng)?shù)赝ㄐ沤涌?/FONT>

  裝置提供通信接口用于和勵磁系�(tǒng)、AGC 系統(tǒng)、電廠監(jiān)控系�(tǒng)�(jìn)行數(shù)�(jù)交換�

  6  �(shù)�(jù)存儲

  存儲暫態(tài)錄波�(shù)�(jù);存儲實時同步相量數(shù)�(jù)�

�(yīng)�

  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�(wǎng),針對同步相量測量技�(shù)所�(jìn)行的�(xiàn)場試驗,既驗證了同步相量測量的有效�,也為PMU的現(xiàn)場運行積累了�(jīng)驗。其中包�1992�6�,喬治亞電力公司在Scherer電廠附近�500 kV輸電線上�(jìn)行了一系列的開�(guān) 試驗,以確定電廠的運行極限并驗證電廠的模型;1993�3�,針對加利福尼亞—俄勒岡輸電項目所�(jìn)行的故障試驗�。試驗中�(yīng)用PMU記錄的數(shù)�(jù)�(jié)果與試驗�(jié)果相�(dāng)吻合�

  研究與應(yīng)用領(lǐng)�

  目前,同步相量測量技�(shù)的應(yīng)用研究已涉及到狀�(tài)估計與動�(tài)�(jiān)�、穩(wěn)定預(yù)測與控制、模型驗�、繼電保�(hù)及故障定位等�(lǐng)��

  (1) 狀�(tài)估計與動�(tài)�(jiān)�。狀�(tài)估計是現(xiàn)代能量管理系�(tǒng)(EMS)最重要的功能之一。傳�(tǒng)的狀�(tài)估計使用非同步的多種測量(如有�、無功功率,電壓、電流幅值等),通過迭代的方法求出電力系�(tǒng)的狀�(tài),這個過程通常耗時幾秒鐘到幾分鐘,一般只適用于靜�(tài)狀�(tài)估計�

  �(yīng)用同步相量測量技�(shù),系�(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�,系�(tǒng)狀�(tài)則可由測量矢量左乘一個常�(shù)矩陣獲得,使得動�(tài)狀�(tài)估計成為可能(引入適當(dāng)?shù)南嘟?測量,至少可以提高靜�(tài)狀�(tài)估計的精度和算法的收斂�)。將廠站端測量到的相量數(shù)�(jù)連續(xù)地傳送至控制中心,描述系�(tǒng)動態(tài)的狀�(tài)就可以建立起�。一�4800�9600波特率的普通專用通信線路可以維持�2�5周波一個相量的�(shù)�(jù)傳輸,而一般的電力系統(tǒng)動態(tài)�(xiàn)象的頻率范圍�0�2 Hz,因而可在控制中心實時監(jiān)視動�(tài)�(xiàn)象�

  (2) �(wěn)定預(yù)測與控制。同步相量測量技�(shù)可在擾動后的一個觀察窗�(nèi)實時�(jiān)視、記錄動�(tài)�(shù)�(jù),利用這些�(shù)�(jù)可以�(yù)測系�(tǒng)的穩(wěn)定性,并產(chǎn)生相�(yīng)的控制決�?;谕较嗔繙y量技�(shù),采用模糊神�(jīng)元網(wǎng)�(luò)�(jìn)行預(yù)測和控制決策,取PMU所提供的發(fā)電機(jī)�(zhuǎn)子角度以及由�(zhuǎn)子角度推算出的速度(變化�)等作為神�(jīng)元網(wǎng)�(luò)的輸�,輸出對�(yīng)�(wěn)定、不�(wěn)�。在弱節(jié)點處安裝PMU,可以觀測電壓穩(wěn)定�。PSS利用PMU所提供的廣域相量作為輸�,構(gòu)成全局控制�(huán),可以消除區(qū)域間振蕩�

  (3) 模型驗證。電力系�(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�。同步相量測量技�(shù)使直接觀察擾動后的系�(tǒng)振蕩成為可能,比較觀察所得的�(shù)�(jù)與仿真的�(jié)果是否一致以驗證模型,修正模型直到二者一��

  (4) 繼電保護(hù)和故障定�。同步相量測量技�(shù)能提高設(shè)備保�(hù)、系�(tǒng)保護(hù)等各類保�(hù)的效�,最顯著的例子就是自適應(yīng)失步保護(hù)。對于安裝在佛羅里達(dá)—喬治亞�(lián)�(luò)線上的一套自適應(yīng)失步保護(hù)系統(tǒng),從1993�10月到1995�1月的運行情況分析表明,PMU是可靠和有價值的傳感�。另一個重要應(yīng)用是輸電線路電流差動保護(hù),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�,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(hù)和修�(fù)工作,從而提高電力系�(tǒng)供電的連續(xù)性和可靠性。傳�(tǒng)的單端型故障定位方法是基于電抗測量原�,這種方法的精度將受故障電�、系�(tǒng)阻抗、線路對稱情況和�(fù)荷情況等多種因素的影�。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�(jìn)行故障距離的求解,能獲得高精度和高穩(wěn)定性的定位�(jié)��

  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�(gòu)筑電力系�(tǒng)安全防衛(wèi)系統(tǒng)的基�(chǔ)�

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