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同步相量测量装置(电网同步相量测量单元PMU)
发布时间：2023-11-15 01:50:07 admin 阅读:59
1、(摘要)本文首先介绍了PMU(PhasorMeasurementUnit)的主要技术问题、同步数据采集和相量计算方法，初步分析影响相量测量单元准确度的因素和解决方法，最后简单介绍了PUM在电力系统中的应用。
2、(关键词)PMU。
3、WAMS。
4、广域相量测量。
5、应用技术 前言 同步相量测量装置PMU是1980年首次冲山提出的。
6、随着GPS在民用领域的应用，PMU应运而生，而全球发生的几次大电网事故推动了PMU和基于PMU的WAMS(WideAreaMeasurementSystem)同步相量测量技术在系统中的应用。
7、工程技术人员可以根据PMU提供的精确相量数据，确定系统故障的一系列事件的先后顺序，确定导致系统故障的原因和故障点。
8、现场试验及研究结果表明、WAMW技术在电力系统稳定预测与控制、状态估计与动态监视、继电保护、模型验证、故障定位等有着广泛的应用前景 PMU的主要技术问题 PMU要求同步对时误差不超过1?s，相量幅度误差小于0.2％，角度误差不过0.2度，频率测量为45－55Hz，误差不超过0.005Hz，能连续记录14天的数据，最快100Hz。
9、GPS信号丢失时能自动守时，GPS失锁60分钟，误差不超过55?s，按照标准协议传送动态数据。
10、PMU的主要技术问题包括同步采集和相量计算。
11、1同步采集 典型的PMU的结构如图2-1所示，基本原理为、锁相振荡器将GPS接收器给出1pps信号分成一系列脉冲用于采样，交流信号经过滤波处理后经A/D模数转换器量化，再经过微处理器进行离散傅立叶变换计算出相量。
12、微处理器也可以采用对称分量法计算出正序相量。
13、PUM装置按照一定的标准将时间标记、正序相量等装配成报文，传送到远端的数据集中器。
14、收集来自各个数据集中器的PMU信息，为全系统的保护、控制和监视提供数据。
15、2相量计算 相量测量算法主要有离散傅立叶变换法(DFT)、过零检测法等。
16、1过零检测法 过零检测法只需将被测工频信号的过零点时刻，与某一标准时间相比较即可得出相角差，是比较直观的一种同步相量测量方法。
17、对于50Hz的工频信号，子站和参考站的电压相角差为若要在每一个周波内都能进行相位比较，提高相角测量的实时性，则需要以GPS的1PPS为基准，由WAMS的CPU内的精确晶振时钟建立标准的50Hz信号，由CPU在电压过零点时打上时间标签，再求出各个节点电压相对于标准的50Hz信号的相角差念郑。
18、过零检测法原理比较简单，易于实现，但其易受谐波、噪声和非周期分量的影响，精度不高，实时性不好，需要与其他技术手段结合使用。
19、2离散傅立叶变换法 DFT是在电力系统相量计算中应用最广泛的算法之一。
20、DFT有滤波功能，可以准确地求出信号中的直流分量、基波分量和各次谐波分量，计算精度不受直流分量和谐波分量的影响。
21、N为每周波的采样点数，X为相量的有效值，为采样值散高中。
22、这种相量计算方法能消除整次谐波分量的影响，但是要求在相量计算之前，对输入信号进行低通滤波处理，防止频域混叠现象的发生。
23、DFT相量计算，要求采样频率为基波信号周期的整数倍。
24、信号频率与采样频率不同步时周期采样信号的相位在始端和终端不连续，会出现频率泄漏，进而造成计算的误差。
25、定间隔采样法和等角度采样法能减小这种不利影响。
26、3数字微分法 数字微分法利用正弦量的特性，差分后可将信号频率转化为系数，经过求商约去时域变量后得到相量计算式。
27、数字微分法实质上基于拉格朗日插值曲线拟合法和数字微分。
28、数字微分法计算量小、精度高、耗时短，但该算法不具备抗干扰能力，使其应用范围有一定的限制。
29、数字微分法通过选取恰当的数据间隔，一定程度上能够抑制谐波的干扰，但是对于随机干扰和非周期分量却难以获得好的结果，仍然需要滤波处理。
30、3影响测量准确度的因素 系统的频率并非固定不变的，信号为非工频信号时，使固定的采样窗口与信号周期不一致，需要对非工频信号进行误差补偿，否则对相量测量单元的准确度造成一定的影响。
31、系统中的谐波也会对PMU装置测量的准确度造成影响，当相量计算方法采用DFT时可消除整数次谐波，起到一定的滤波作用。
32、此外，暂态畸变也会影响PMU的相量测量的精度。
33、PMU在电力系统中的应用 1993年美国的工程技术人员研制出第一台PMU装置，标志着同步相量测量技术在电力系统的实用化，使同步相量测量技术的推广应用上升到一个新的阶段。
34、随着各大电力公司和科研机构对PMU的应用研究和工程实施的迅速开展，基于PUM的同步相量测量技术在电力系统保护、电力系统控制、电力系统监测方面将会有广阔的应用前景。
35、1动态过程监测和记录 1电力系统故障录波 早期通信信道传输能力较低且价格昂贵，最初PMU几乎唯一的应用就是故障录波，目前故障录波仍然是PMU最基本的也是非常重要的一个应用。
36、它包括常规保护的故障录波和扰动情况下系统的行为录波。
37、2系统低频振荡监测、辨识与抑制 电力系统的低频振荡问题已成为制约电网传输能力和危及电网安全稳定运行的最主要因素之一。
38、基于PMU的WAMS能够对电力系统动态过程进行在线同步测量，能够快速测量与发电机机电暂态密切相关的测量量，如发电机的功角、角速度、内电势和母线电压等，并将信息及时地传送到调度中心，为实现全网在线分析低频振荡提供了信息平台。
39、WAMS根据辨识结果配置PSS参数，有效地抑制低频振荡。
40、系统运行人员从中获知电网经常发生的阻尼特性、振荡的频率及其相关机组，提前了解当前电网存在的主要振荡问题，调整控制系统参数、合理安排运行方式，并提前制定校正控制预案。
41、结语 基于PMU的广域相量同步测量技术还是一种新生事物，在电力系统中必将有广阔的发展前景，PMU/WAMS将会有更大的发展空间。
42、智能调度是智能电网的中枢，广域相量测量技术是实现智能电网的基础，也是保证电网安全的重要手段。
43、智能控制是智能电网的重要的环节之基于PMU的WAMS系统是智能控制得到保证的关键。
44、为实现中国坚强型智能电网的宏伟目标，WAMS将是其重要的组成部分。
45、参考文献 (1)彭海.基于广域网的电力系统自适应保护研究(D).西南交通大学硕士论文,200 (2)张超.同步相量测量单元PMU的研究(D).广西大学硕士毕业论文,200 (3)游燕,张晔,随慧斌,路金川.基于PMU的广域保护系统(J).山东电力技术,2005。
二、电网同步相量测量单元PMU1、一、同步电力系统要确保发电厂、变电站的电力设备运转同步进行，首先必须要确保设备内部时钟的一致性，电力系统的安全运行需要在很大范围内实现高精度的时间同步。动力系统整个电网的同步相位测量、功角测量、故障定位以及故障录波等技术均需要时间同步技术。安全可靠的高精度的时间同步技术是当代电网乃至未来智能电网正常运行的一项基本要求。如何保持时间精度和远距离时钟的同步是一个古老的问题。星上时钟的精确同步是GPS的核心。为此，在GPS卫星和运控系统监控站上使用了原子钟。通过时间同步技术，GPS时间与协调世界时UTC可以同步到纳秒量级。GPS卫星把播发的导航电文“打上时间标记”，为精密时间和频率数据在全世界的传播提供同步原子钟网络，即GPS的授时服务。GPS同步卫星每秒向地球发送1个同步信号,GPS接收器可以提供间隔为1s的脉冲信号1PPS,其精确度不低于1μs,对于50Hz的工频量而言,其相位误差不超过0.018,完全可以满足功角测量的要求。我国电网每年都有因GPS授时不准而发生事故，给国家带来了巨大的经济损失。针对电力授时存在的安全隐患，北京某公司研发出“北斗电力全网时间同步管理系统”，结束了我国电力运行安全命系他国的历史，解决了电力系统时间同步应用中的三个难题，即提供可靠的时钟源、全网时间同步管理和远程实时监测维护。2008年12月19日，“北斗电力全网时间同步管理系统”在华东电网挂网运行。2009年9月，国家正式确立“天地互备，以北斗为主”的电力授时体系，国家电网公司和南方电网公司也都做出积极响应。“北斗时间”系统首次被顺利引入我国电网数字化变电站，结束了我国电力运行时间完全依赖美国GPS全球定位系统的历史，使得以往缺乏安全保障的“美国授时”变为“中国授时”。有时电力系统中的不正常运行，可能就是因为设备之间时间同步达不到要求的原因所造成。例如在电力系统中的广域实时监测系统，主要依靠GPS同步时钟的高精确度对广域实时监测系统提供精确的相角测量，然而由于GPS的授时可能会受外界环境影响发生卫星失锁现象，其稳定性和安全性存在一定的不可靠性，在1995年曾经出现20ms的时钟跳变，这将导致相角测量产生较大的误差从而引发电力系统的错误动作。又如故障录波器，可以自动地、准确地记录电力系统发生故障前后过程的各种电气量的变化情况，用于判断故障的位置、原因以及继电保护是否发生正确动作等，一旦故障录波器的时间同步精度达不到一定范围时，将对事故原因的分析造成一定不良影响。。
2、二、相量一般区分如下：矢量又称向量(Vector)，最广义指线性空间中的元素。它的名称起源于物理学既有大小又有方向的物理量，通常绘画成箭号，因以为名。例如位移、速度、加速度、力、力矩、动量、冲量等，都是矢量。相量：电工学中，用以表示正弦量大小和相位的矢量叫相量，也叫做向量。当频率一定时，相量唯一的表征了正弦量。将同频率的正弦量相量画在同一个复平面中（极坐标系统），称为相量图。从相量图中可以方便的看出各个正弦量的大小及它们之间的相位关系，为了方便起见，相量图中一般省略极坐标轴而仅仅画出代表相量的矢量。向量：就是根据物体的几何性质而确定的一种定位方法.主要通过线性相关和线性变换解释几何问题这里PMU要测量的，就是第二个“相量”，英文文献中翻译为Phasor，alineusedtorepresentacomplexelectricalquantityasavector.众所周知,电力系统中的电量(如电流、电压等)均为正弦量,正弦量的三要素分别为幅值、频率和初始相角。对于同频率的电量来讲,幅值和相角是关键因素,而长期以来电量的幅值可方便地测量,但相角测量却是一个未解的难题。由于相角无法直接测量,从而造成实时潮流计算需解非线性方程;调度员只能从模拟盘上的潮流,根据经验间接判断系统的稳定性;电力系统的紧急安全控制无法应用简单的相角条件来实现。相量分析是交流电网的重要工具，可以预测电网中各节点相对角的趋势。相量的变化可精确地描述电力系统运行状态的变化，各母线电压相量是实际电网运行的状态变量。幅值可以用交流电压电流表测量，而相位的大小以变电站内GPS时间为参考点。同步测量以GPS信号作为采样过程的基准，通过对采样数据计算而得的相量称为同步相量。如图各个节点的相量之间存在着确定统一的相位关系，使异地信号可以在相同的时间坐标下比较。站相角差δ是指在同一个GPS信号下的两个母线电压正序相量的相角差，它是系统运行的重要状态变量之一。通过这个相角差，可以得知两个变电站之间潮流的方向与大小。。
3、三、测量PMU的基本原理为:滤波处理后的交流信号经A/D转换器量化，微处理器按照算法计算出相量。依照IEEE标准1344-1995规定的形式将正序相量、时间标记等装配成报文，通过专用通道传送到远端的数据集中器。数据集中器收集来自各个PMU的信息，为全系统的监视、保护和控制提供数据。当前世界上的交流电力系统一般都是ABC三相的，而电力系统的正序，负序，零序分量便是根据ABC三相的顺序来定的。正序：A相领先B相120度，B相领先C相120度，C相领先A相120度。所以难点在于：微处理器按照算法计算出相量。目前比较常用的有两种：过零检测和递归傅里叶，各有优缺点。。
4、过零检测法过零点同步相角测量算法是一种比较直观的同步相角测量方法，只需要将被测工频信号的过零点时刻与某一时间标准相比较即可得出相角差。目前市场上GPS-OEM接收模块的秒脉冲(1pps)上升沿的精度误差在±1μs之内，对于50Hz的工频其相位误差在±0.018°，在允许的相位误差范围之内。国内目前RTU通信网络的速率比较低,传送一次数据需0.5～5s，因此只要将正序电压过零点时刻与1pps相比较，便能得到相对于协调世界时UTC(CoodinatedUniversalTime)绝对时间的各节点正序电压相角。再以系统中的主力发电厂或中枢变电站作为参考站，各子站根据自身的相角和参考相角即可得到各子站相对于参考点的角度，该角度可用于子站的控制，如发电机的调速、切机等等。过零点同步测量算法原理简单,硬件软件上较易实现，但该算法要求各个母线电压的过零点时刻是同步的，并且由于电压过零点的谐波影响和过零检测电路的不一致性也会造成测量误差。过零点异步相角测量算法与过零点同步相角测量算法的基本原理相同,主要区别是过零点异步相角测量算法不需要数据的的同步采集,即在相角数据刷新时不需要各个母线的过零点时标同时到达调度中心,而是只要有过零点时标传送到调度中心就可以对此母线电压与参考母线电压计算相角差,实现电压相角的实时刷新。过零点异步相角测量算法适用于静态电力系统即系统频率是稳定不变的,它不要求数据同步、实时采样和处理,只要周期地去采集电压的过零点并为其打上精确的时间标签就可以得到精确的相角差,从而大大减小了数据的传输量,也不会对相角差的精确测度产生影响。传输信息量小、更新速度快,这是该算法的主要优点。。
5、四、产品化自2009年华中电网有限公司印发《华中电网同步相量测量装置(PMU)配置原则(试行)》通知后，国内各大网、省开始陆续应用PMU系统。目前，国内只有南瑞、北京四方、电科院等单位研发PMU装置。比如南瑞的SMU-2型：。
三、PMU在电力系统中是什么意思？？1、同步电力系统要确保发电厂、变电站的电力设备运转同步进行，首先必须要确保设备内部时钟的一致性，电力系统的安全运行需要在很大范围内实现高精度的时间同步。
2、动力系统整个电网的同步相位测量、功角测量、故障定位以及故障录波等技术均需要时间同步技术。
3、安全可靠的高精度的时间同步技术是当代电网乃至未来智能电网正常运行的一项基本要求。
4、如何保持时间精度和远距离时钟的同步是一个古老的问题。
5、星上时钟的精确同步是GPS的核心。
6、为此，在GPS卫星和运控系统监控站上使用了原子钟。
7、通过时间同步技术，GPS时间与协调世界时UTC可以同步到纳秒量级。
8、GPS卫星把播发的导航电文“打上时间标记”，为精密时间和频率数据在全世界的传播提供同步原子钟网络，即GPS的授时服务。
9、GPS同步卫星每秒向地球发送1个同步信号,GPS接收器可以提供间隔为1s的脉冲信号1PPS,其精确度不低于1μs,对于50Hz的工频量而言,其相位误差不超过0.018,完全可以满足功角测量的要求。
10、我国电网每年都有因GPS授时不准而发生事故，给国家带来了巨大的经济损失。
11、针对电力授时存在的安全隐患，北京某公司研发出“北斗电力全网时间同步管理系统”，结束了我国电力运行安全命系他国的历史，解决了电力系统时间同步应用中的三个难题，即提供可靠的时钟源、全网时间同步管理和远程实时监测维护。
12、2008年12月19日，“北斗电力全网时间同步管理系统”在华东电网挂网运行。
13、2009年9月，国家正式确立“天地互备，以北斗为主”的电力授时体系，国家电网公司和南方电网公司也都做出积极响应。
14、“北斗时间”系统首次被顺利引入我国电网数字化变电站，结束了我国电力运行时间完全依赖美国GPS全球定位系统的历史，使得以往缺乏安全保障的“美国授时”变为“中国授时”。
15、有时电力系统中的不正常运行，可能就是因为设备之间时间同步达不到要求的原因所造成。
16、例如在电力系统中的广域实时监测系统，主要依靠GPS同步时钟的高精确度对广域实时监测系统提供精确的相角测量，然而由于GPS的授时可能会受外界环境影响发生卫星失锁现象，其稳定性和安全性存在一定的不可靠性，在1995年曾经出现20ms的时钟跳变，这将导致相角测量产生较大的误差从而引发电力系统的错误动作。
17、又如故障录波器，可以自动地、准确地记录电力系统发生故障前后过程的各种电气量的变化情况，用于判断故障的位置、原因以及继电保护是否发生正确动作等，一旦故障录波器的时间同步精度达不到一定范围时，将对事故原因的分析造成一定不良影响。
四、PMU在电力系统中是什么意思？？1、PMU(phasormeasurementunit相量测量装置)是利用GPS秒脉冲作为同步时钟构成的相量测量单元,可用来测量电力系统在暂态过程中各节点的电压向量，已被广泛应用于电力系统的动态监测、状态估计、系统保护、区域稳定控制、系统分析和预测等领域，是保障电网安全运行的重要设备。
2、在电力系统重要的变电站和发电厂安装同步相量测量装置(PMU)，构建电力系统实时动态监测系统，并通过调度中心分析中心站实现对电力系统动态过程的监测和分析。
3、该系统将成为电力系统调度中心的动态实时数据平台的主要数据源，并逐步与SCADA/EMS系统及安全自动控制系统相结合，以加强对电力系统动态安全稳定的监控。
4、扩展资料、为大力推进建设电网动态安全监测预警系统。
5、即整合能量管理(EMS)、离线方式计算广域相量测量等系统，实现在线安全分析和安全预警，先期在国家电力调度通信中心组织实施，并逐步推广到网省调，以提高互联电网的安全稳定水平，有效预防电网事故，构筑电网安全防御体系。
6、国网公司对PMU的布点工作极为重视，各网省公司按照统一规划和部署，在330千伏及以上主网架和网内主力电厂部署相量测量装置(PMU)，实现国家、区域、省三级广域相量测量系统的联网提高电网动态测量水平。
7、参考资料来源、百度百科－PMU。
五、什么电力pmu1、PMU(phasormeasurementunit相量测量装置)是利用GPS秒脉冲作为同步时钟构成的相量测量单元,可用来测量电力系统在暂态过程中各节点的电压向量，已被广泛应用于电力系统的动态监测、状态估计、系统保护、区域稳定控制、系统分析和预测等领域，是保障电网安全运行的重要设备。