电厂侧同步向量测量PMU子站搭建

电厂侧同步向量测量PMU子站搭建

高勇

（华电章丘发电有限公司山东济南250206）

摘要：目前很多电厂都在积极建设PMU站点用于电网的稳定控制系统，基于广域同步相量测量的暂态稳定预决策应用于安全稳控系统在系统发生故障后利用功角测量系统测得的各发电机转子角度来预测系统的未来行为。在预测出系统失稳的情况下，按预定的方案对系统进行解列控制。在未来研究开发相应的暂态稳定预测软件，可实现系统故障时对系统稳定裕度进行预测的功能。

关键词：同步相量；GPS；相量测量装置；键相脉冲；状态预估

20世纪90年代初，基于全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）的相量测量单元（PhasorMeasurementUnit，PMU）的成功研制，标志着同步相量（synchrophasor）技术的诞生。然而由于当时商业GPS技术条件的限制以及缺少高速通信的网络，PMU直到最近几年才在电力系统中的广泛应用。它的出现促进了大电网广域测量/监视系统（Wide-AreaMeasurement/MonitoringSystem，WAMS）的形成和发展。我国电力发展趋势逐年实现全国电网互联，随着电网的规模不断扩大，单台机组容量不断增大，电网的动态特性变的非常复杂。为了进一步加强电力系统调度对电力系统的动态稳定监控和分析的能力，需要在重要的变电站和电厂安装同步相量测量装置，构建电力系统实时动态检测系统，并通过调度中心对电力系统的动态过程进行监测和分析。

大型电力系统的功角稳定性、电压稳定性和频率稳定性三者之间相互诱发、相互影响，其中电压相量和功角状况是系统的主要状态变量，是系统是否稳定运行的标志。如果能直接测量，那么将大大节约电力系统稳定计算的时间，提高了状态估计可靠性，甚至有可能实现电力系统实时自动控制。

1广域同步相量测量系统的组成

广域相量监测系统由以下几个部分组成。

相量测量装置PMU（phasormeasurementunit）――用于同步相量的测量和输出并进行动态记录。

DC（dataconcentrate）――用于站端的数据接收和转发的通讯装置。

子站（substation）――安装在同一电厂或变电站的PMU和DC的集合。

主站（mainstation）――安装在电力调度中心，用于接收、管理、存储、分析、告警、分析和转发动态数据的计算机系统。

电力系统实时动态监测系统（realtimepowersystemdynamicmonitoringsystem）――以同步相量测量和现代通讯技术为基础，对电力系统进行动态监测和分析的系统。

2PMU在配电网中的应用

2.1诊断应用

诊断应用又包括故障定位与检测、孤岛检测、状态估计、电压稳定性监测、电能质量监测以及事故后分析几个方面。故障定位与检测高效且准确的运行是保证电网安全运行的必要条件，孤岛运行是一种特殊的运行模式，状态估计就是根据电压的角度和大小，增大状态估计的准确性，对于配电网状态估计等问题有很大的帮助。根据PMU在配电网中的应用，电压稳定性监测找到了新的思路，目前相关部门正在研究电压稳定的分析方法和评估指标。电压、频率以及波形能够衡量电能质量的好坏，事故后分析就是指电网在发生事故之后，寻找事故的起因，如何有效的解决相关问题，从而防止再出现类似的事故。

2.2控制应用

控制应用包括保护与控制、电压无功优化、微电网协调以及电力系统恢复四个方面。随着配电网引入分布式能源，其中出现了双限功率流和旋转负荷使重合闸无法重合，PMU的应用有效的解决了这一问题。电压无功优化是提高系统的稳定水平的重要手段，随着分布式能源的引入，微电网的并网问题的重要性逐渐表现了出来，由于各个微电网的内部功率可能不等，因此很有可能会引起重大事故而造成大量财产损失，引入PMU方法有助于解决相关问题，减少了不必要的损失。此外，由于电力系统容易受到外界因素的影响，从而发生诸如停电等事故，所以为了减少事故带来的损失，促进电网的稳定运行且及时有效的恢复其功能是十分重要的。

2.3PMU在动态监测方面中的应用

按照动态监测的现实要求，应建立一套相对完善的动态监控系统，以便在线实时了解电力系统的实际动态行为，同时基于系统提供的动态数据综合分析系统的稳定性。由此可见，供电网络动态稳定监控主要通过PMU的广域同步动态测量功能实现，这是PMU动态监测功能备受业界青睐的一个主打优势。关于此特点，业界根据同步相量测量技术精髓研究出线路参数计算方法，均是在已知线路两端同步电压和电流的情况下，经计算获得线路各序参数，或者特性阻抗、传播参数、单位长度电感及电容等。

WAMS系统由PMU子站和主站构成，而子站通过电力数据网把自己得到的数据信息传送到主站，籍此PMU主站根据传送来的信息完成一系列的计算控制。PMU子站测量采集到的模拟量和快关量，生成带时标的同步相量数据。而主站设在省调度中心。

原理分析：将PMU装设在电网系统中，对母线电压和线路电流进行三相交流采样，结合相量算法通过计算求得正负零序相量、功率和频率，对于发电厂还获得机组的内电势相量，继而参考GPS的时间信号为相量数据设定时标，同时并基于共同的接口协议打包处理这些测量数据，再将其传输至数据中心进行同步处理和储存；系统惯性中心角度，以及各母线、各机组的相对相角可在数据中心通过计算得出；最后，通过固定的应用程序实时评估所测得的数据信息，继而综合评价动态监视电网是否稳定可靠，或进行离线分析，为系统的优化运行提供数据，进一步与电网控制结合起来，能提高电网的安全稳定水平和传输能力。

2.4其他应用

由于PMU可以实时的测量节点的电压相量等参数，而且测量结果精度很高，近些年在配电网中也在逐渐开始安装，并且相关专家也发表了有关论文，提出了基于大扰动事件的负荷建模方法以及基于PMU计算配电网合环潮流的新方法等等。

3配电网中PMU的配置方法

本文提到了一种适用于配电网线路的小型化以及低成本的PMU装置，与主网的PMU装置相比，将某些功能进行了简化，主要保留了电流以及电压的同步测量和通信等功能。该装置通过自取能模块来从线路中获取能量，作为驱动电源，并且使用锂电池作为后备电源，电流传感器和电压传感器分别实现了抗干扰性能以及低成本化并且保证了测量的精度。整个装置具有体积小、重量轻且成本较低的优点，适用范围较为广泛，为新型配电网线路PMU的研制提供了新的思路。

4整机测试

为了测试装置的性能以及精度，分别进行了电流线性度测试、电压传感器线性度测试。

由以上测试结果我们得知，原电流和拟合电流最大误差为0.32%，说明电流线性度良好；电压的最大百分比误差为0.35%，显然电压传感器的线性度测试也满足精度要求。

5结语

随着全球经济一体化发展的加快，能源分布和经济发展的不平衡，以及大电网互联、跨国电网互联趋势的不断发展，电网稳定运行的问题日益突出。对电网稳定运行影响最大的是运行稳定性的破坏，包括功角稳定、频率稳定和电压稳定。功角稳定又分暂态稳定和系统低频振荡。因此建立广域电网的稳定监视和控制系统具有重要的意义，它可为功角稳定提供最直接的原始数据。

参考文献

[1]何仰赞,温增银.电力系统分析下册(第3版)[M].华中科技大学出版社.

[2]卢志刚.电力系统相角测量和应用[J].电力系统自动化,1997(4).