基于PMU同步数据的输电线路参数在线测量的研究

微通电力系统室基于PMU同步数据的输电线路参数在线测量的研究刘春玲微通电力系统室内容提要：一、PMU发展及应用简介。二、在线动态量测系统适用的领域。三、发展前景展望。四、线路参数在线测量的优越性和必要性。五、基于PMU同步数据的线路参数在线测量方法。六、工作计划。微通电力系统室同步相量测量装置(PMU:PhasorMeasurementUnit)是基于全球定位系统(GPS:GlNoabalPositionSystem)及微处理目的的高精度数据采集系统。电力系统中安装PMU主要是用于系统的稳定和控制。电力系统中的电量(如电流、电压)均为正弦量，正弦量有幅值、频率和初始相角三个要素。对同频率的电量来讲，幅值和相角是关键因素。长期以来，电量的幅值可以方便地测量，但相角测量却是个难题。相角测量方面的研究和应用被称为当前电力系统的三大前沿课题之一，相角的实时测量使得人们能实时地看到系统的状态，这必将提高电力系统的监控和保护的能力，因此各国电力公司都在研究对策，积极增加相角测量装置的数量，并开展多种试验研究。随着技术的进一步发展和逐步成熟，相角测量可望在电力系统的状态估计、静态稳定的监视、暂态稳定的预测及控制，和自适应失步保护方面发挥其作用。微通电力系统室在线动态量测系统适用的领域在线潮流计算在线参数辨识稳态监测在线状态估计在线静态安全分析最大相角差测量电机动态行为监测动态行为检测负荷动态行为监测系统动态行为监测静态稳定监测电压稳定监测稳定检测在线暂态稳定监测在线暂态稳定预测失步预测区域稳定控制故障分析故障监视及判断故障测距微通电力系统室三、发展前景随着经济的飞速发展和电力供应短缺现象的出现，供电形势日趋严峻，电力系统经常运行在稳定极限边缘，在这种情况下，现有的基于RTU的SCADA系统(数据采集及监控系统)及以其为基础的各种应用系统不足以支持电力系统安全稳定运行。因为SCADA系统只能提供稳态的、低采样密度的、不同步的电网时间断面信息，调度中心不能根据这些信息跟踪系统的发展轨迹，准确掌握系统运行的动态情况。PMU及以其为基础的WAMS(广域测量系统)使得在更精细的时间尺度上对电力系统进行同步观测，以及利用这些精细数据对电力系统进行全新的分析成为可能，从而弥补了SCADA系统的不足。微通电力系统室尽管从理论上讲WAMS系统完全可代替现有的SCADA系统，但在现有的经济技术水平下，这样做并不现实，原因如下：1.虽然对电力企业来讲PMU本身的造价不是问题，但建立完备的WAMS系统可能需要大量的资金投入，抛弃SCADA系统意味着抛弃先前对它的投入，因此会造成巨大的资金浪费。2.目前SCADA技术已经相当成熟，并且积累了相当丰富的运行经验，已成为调度运行人员的得力工具：相比较而言，WAMS则是一个全新的系统，技术上存在很多不成熟因素，并且缺乏相应的运行经验，以之代替成熟的SCADA系统存在较大的技术风险。微通电力系统室3.无论对现有的电力通信设施还是对调度控制中心的存储设备来讲，WAMS系统毫秒级的数据刷新频率(WAMS数据刷新频率一般要求每10ms或20ms刷新一次，将来可能更高)势必会产生海量测量数据，这会带来一系列诸如通信、存储、管理、计算等方面的问题。4.由于通信延迟等技术问题，WAMS数据不可避免地存在一定误差，尽管可通过数据处理方法来减小这些误差，但对海量数据进行处理可能超过现有计算机的处理能力。微通电力系统室由于以上种种原因使得在目前的技术水平下WAMS还不可能完全代替SCADA系统，PMU也不能像RTU那样普遍安装，但应看到WAMS系统很好的弥补了现有SCADA系统的不足。在相当长的时间内将呈现SCADA与WAMS两套系统并存的状况。基于WAMS数据的系统分析方面已经取得一些极具启发性的成果，但仍需加强研究如何更有效地利用这些数据实现对大电网稳定性的快速预警、实时分析和评估，提高电网调度水平。微通电力系统室四、线路参数在线测量的优越性和必要性准确的线路参数是正确进行电力系统潮流计算、故障分析、网损计算和继电保护整定计算等电力系统计算的基础。随着电力系统的发展，输电线路越来越多，网络结构也越来越复杂，电力系统计算时对线路参数的准确性、可靠性的要求愈加严格。传统的停电测量方法已不能满足现代大型电力系统的要求。现代电力系统及其操作人员更加迫切地需求一种方便快捷且准确有效的线路参数测量方法。在测量线路参数时不能降低系统供电质量，更不能影响系统的安全性和稳定性。基于同步相量测量的对称分量和不对称增量结合的线路参数测量方法，能够在线测量线路参数，不影响负荷的正常供电和潮流的优化分布。微通电力系统室五、对称分量和不对称增量结合的在线测量方法在线测量线路参数，可以用电力系统运行中电压和电流采样值得到的同步相量来计算线路参数。线路参数的带电测量中主要难点为零序参数的测量，以前的测量方法多因零序参数带电测量无法实现或精度差而不能实用。基于GPS的线路零序参数带电测量方法，曾有文献提出利用继电器进行单相瞬时断路造成的不对称电量来计算线路的零序参数。理论上可以实现线路参数的带电测量，但测量线路参数不能降低系统供电质量，更不能影响系统的安全性和稳定性，所以在电力系统实际运行中是不可行的。造成实际三相交流电力系统不对称的因素：故障性：由于三相电力系统中发生了不对称故障所致。正常性：由负荷不平衡引起，在实际电力系统中总是存在的，但不对称程度较小。微通电力系统室基于PMU同步数据零序参数可通过系统不对称运行状态下的不对称分量计算得到。ACBABC图1-3相量分解示意图1)原相量分解2)不对称增量分解为序分量()分解三相电流相量三相对称分量不对称增量AAj4π/3CAej2π/3BAeCCCA0BBBCB1a1c1b2a2b2c000abc微通电力系统室三相电流相量分别为、、，它可以分解出对称分量、、和不对称增量、、(叠加原理)，关系式如下：不对称增量部分可视为该系统单相断相运行。应用对称分量法把不对称电流分量继续分解为：正序、负序和零序三序分量：、、，如图1－3所示。AIBICIAIIBIICIIAIIIBIIICIII0AIIBIIBBICIICCIIIIIIII2AIABIAICIAIaaIIIIII1201322ojaej1I2I0I微通电力系统室当发生A相断相故障时，可得到故障点的边界条件为：00acbIVV将边界条件转换用序分量表示，则有：单相断相的复合序网和两相短路接地的序网在形式上完全一样，但所代表的端口不同。A相断相复合序网012012013aaaaaaaIIIVVVVE1Z2Z0Z1aI2aI0aI'1d1d'2d2d'0d0d微通电力系统室1120//aEIZZZ20120aaZIIZZ02120aaZIIZZ由图可得：其中：为线路的正序阻抗；为为线路的零序阻抗；为A相电流相量的对称分量；、、分别为A相电流相量的不对称增量部分的正序、负序和零序相量分量。为A相线路两端电压相量差。(2)(3)1Z0Z1aI2aI0aI(4)1122()aaEZIZI（KVL）1122003AAAaAUZIIIZI（后面推导）还可得到：AIAU(1)(5)微通电力系统室2020aaIZZI由(2)(3)式可得:(6)最终可得：(5)式推导：线路两端A相电压差＝A相电压对称部分＋A相电压不对称部分112200223AAAAaUZIZIZIZI1122003AAaAZIIIZI21122003aAAaAaIZIIIII12122003AaAAaAaUZIIIIII微通电力系统室上述结论正确与否还有待于在下一步工作中进一步验证。对称分量和不对称增量结合法计算线路参数，不但可用于无互感线路，也可以应用于受互感作用的线路。当线路上只有互感电压时，零序互感电势与零序互感电流之比为线路零序阻抗。当线路上还有自身的电源时，线路上的互感电势包含在线路两端电压差中，由其产生的互感电流包含在线路电流相量中，也被分解为正序、负序和零序分量，都包含于复合序网中。由于满足叠加定理，作用在零序网上的电压与其中流过的零序电流之比仍为零序阻抗。E0E0EI0Z微通电力系统室六、工作计划：1.验证前面所得计算公式及方法的正确性。2.完成线路参数在线测量仿真工作。3.做出动模实验方案和完成其它准备工作。（进行中）4.做实验，然后对试验结果和仿真数据比较分析误差原因。5.数据分析处理，尽量有新发现。6.挖掘故障测距(故障定位)与线路参数在线测量的衔接口，尽可能将线路参数在线测量的方法运用到故障测距中去。微通电力系统室需要解决的问题：1.测零序参数需在系统不对称运行情况下进行。由负荷不平衡引起的三相交流电力系统不对称，在实际电力系统中总是存在的，但不对称程度较小。通过多次测量取值计算，分析系统不对称程度与零序参数测量值的准确程度之间的关系，尽可能得到零序参数测量所需的一个可能的不对称程度范围，并得出实际电力系统不对称程度较小情况下运行用此方法的可行性大小。尽可能找出上述运用于线路参数在线测量的对称分量和不对称增量结合法的较好的适用条件。以便在实际电力系统中很好地应用。微通电力系统室需要解决的问题：2.若在实际电力系统的系统不对称程度范围内此方法测得的零序参数有较高的精度(当然,要有一定的衡量标准),则可以考虑将此方法编程更方便地直接应用于在线测量过程中，实现真正的线路参数在线测量。微通电力系统室报告完毕，请各位老师和同学多提建议。谢谢！