PMU功能原理介绍2010

PCS-996电力系统同步相量测量装置2同步相量概念电力系统中的正弦电压、电流量：()2202cos(31430)kV()1002cos(31410)Auttitt50HzReIm通过电压、电流相量可以得到有功、无功等一系列量22030kV100-10AUI幅值均取有效值选取相同的时间参考点（如PPS）便得到方便实用的同步相量：3同步相量测量装置及系统同步相量测量装置（PMU）PhasorMeasurementUnitPMU用于同步相量的测量和上送，并进行动态和暂态数据记录广域相量测量系统(WAMS)WideAreaMeasurementSystem由PMU和高速通信网络构建而成，为区域电网提供实时监测、分析和控制4同步相量测量原理发电机变压器系统1#节点2#节点1#节点PMU装置2#节点PMU装置GPS卫星校时11U22U相量1相量2δ12相量1相量2δ12参考相量相量1δ1参考相量相量1δ1参考相量相量2δ2参考相量相量2δ2WAMS主站5同步相量与SCADA的比较SCADA：功能：测量稳态值(U,I,P,Q,等),计算各节点的幅值V和相角δ特点：稳态的、低刷新率(n秒)、不同步、间接的信息PMU：功能：直接测量节点的电压相量（幅值V和相角δ）特点：动态的、高刷新率(10ms)、同步的、直接的信息6同步相量的作用P0Pmax90（1）同步相量是评价电网静态稳定水平的基本指标。qEdX0VeP机组系统090静态稳定区域：7同步相量的作用012340510152025t/s/()（2）同步相量是评价电网动态过程稳定性的基本指标。机组功角摇摆曲线8同步相量的作用（3）数据记录，在线分析，离线分析提高潮流计算的速度和精度（离线）提高状态估计的速度和精度（在线）电力系统动态过程记录和事故分析扰动识别（低频振荡、失步、短路等）电力系统动态模型辨识和模型校正、输电线路参数测量(在线)其他用途9同步相量的作用（4）稳定分析及控制全局反馈控制（全局PSS,励磁控制,TCSC控制等）静态稳定分析及控制暂态稳定分析及控制动态稳定分析及控制电压稳定监视及控制频率稳定监视及控制低频振荡分析及抑制（PCS-993振荡解列系统）区域失步分析及控制（PCS-993振荡解列系统）10PMU/WAMS系统的构成要素同步时钟（GPS，北斗）同步相量测量装置PMU通信网络(调度数据网，或2M专用线路)WAMS主站11PMU/WAMS系统整体结构分析中心站LAN分析工作站数据库服务器数据集中器WANLANLANWAN分析中心站LAN分析工作站数据库服务器数据集中器LANLANWANWAMS主站LAN相量测量单元EMS系统SCADA系统EMS系统SCADA系统EMS系统SCADA系统数据集中器网关防火墙前置机数据库服务器WEB服务器1.WAMS主站3.同步时钟2.PMU装置2.PMU装置4.通信网络1212345678910111213141516UPLINK电源大容量存储12345678910111213141516UPLINK1121140115251502电源交流头DSP开入开出交流头1401交流头1401PCS9882交换机WAMS主站1WAMS主站2PCS-996G数据集中器1122DSP1122DSPPMU本地子站1121140115251502电源交流头DSP开入开出交流头1401直流采样功角测量14161415CPUCPU1102CPU11021102CPU1102FLASHCPU1102FLASH实时数据通道离线数据通道(动态、暂态录波)通信机房路由器PCS-996B型采集单元PCS-996A型采集单元GPS时钟CPU扩展DSP扩展PCS9882交换机GPS对时信号应用场合：变电站、开关站、发电厂采集对象：母线、线路、主变的交流量和开关量应用场合：火力发电厂、水力发电厂、风电场采集对象：机组的交流量、直流量、开关量和键相脉冲数据集中器可接入:♦PCS-996A♦PCS-996B向WAMS主站上送:♦实时数据♦动态录波数据♦暂态录波数据PCS-996型PMU系统典型配置PCS-996G数据集中器PCS-996B(发电厂)PCS-996A(变电站)RCS-9785GPS时钟13同步相量测量的基本原理发电机变压器系统1#节点2#节点1#节点PMU装置2#节点PMU装置GPS卫星校时11U22U参考相量相量1δ1参考相量相量2δ2相量1相量2δ1214同步相量测量系统的特征基于标准时钟信号的同步数据采集失去标准时钟信号时的守时能力全网同步相量的测量和实时上送动态和暂态数据的录波记录和上送与主站之间按标准通信协议进行实时通信国外标准：IEEEStdC37.118-2005电力系统同步相量标准企标：《Q/GDW131-2006电力系统实时动态监测系统技术规范》国标：待审批15PCS-996系列同步相量测量装置PCS-996型同步相量测量系统构成：PCS-996A:A型采集单元，适用于线路、主变等PCS-996B:B型采集单元，适用于机组PCS-996G:数据集中器RCS-9785C:GPS同步时钟PCS-9882:百兆光电以太网交换机16PCS-996系列同步相量测量装置报警同步PCS-996同步相量测量装置录波运行确认区号取消PCS-996A/B/G装置正面视图。17PCS-996A同步相量测量装置。PCS-996A装置主要用于母线、线路、主变电气量、开关量的采集和记录，将测量信息上送集中器。容量：可采集8回线路，36路开关量PCS-996系列同步相量测量装置NR1301220VNR1102ENR1121ANR1502NR1525DANGERNR1401DANGERNR1401DANGERNR1401DANGERNR140118PCS-996B同步相量测量装置。PCS-996B装置主要用于发电厂机组的同步相量测量，可采集和记录发电机内电势、功角、机组励磁电压、电流、转速、调频等4～20mA的信号量。容量：可采集2台机组，24个直流量，36路开关量PCS-996系列同步相量测量装置NR1301220VNR1102ENR1121ANR1502NR1525DANGERNR1415GNR1415GDANGERNR1401NR1415GNR1415GNR1416NR1401选配插件选配插件选配插件19发电机功角测量发电机功角：发电机空载电势相量Eq或暂态电势相量E’q与机端电压相量U之间的夹角。同步发电机并网运行后，其功角δ是用来观察和判断该机组和电力系统并网运行稳定性的一个很重要的状态量。测量方式：方法一：键相脉冲法或转速脉冲法方法二：电气量计算法20发电机功角测量：键相脉冲法空载时：U和Eq同相位，测对键相脉冲的角差θ并网后：由键相脉冲角度扣除θ，得到Eq相位机端电压U内电势Eq键相脉冲θδd轴Ax21发电机功角测量：电气量计算法机组稳态运行时，可用电气量计算内电势和功角()QqEUrjxIdqxx（）qQEE隐极机内电势：()qQdqdEEjxxI虚拟电势：凸极机内电势：22PCS-996G数据集中装置PCS-996G装置为刀片式数据集中器。作为厂站内PMU系统的数据和通信服务器，PCS-996G通过光纤点对点方式接收、存储PMU实时数据，打包后通过调度数据网、专网上送多个WAMS主站。刀片式数据集中器PCS-996GNR1301NR1101DNR1102H大容量存储NR1102HNR1122ANR1122A备选备选23对时方式：IRIG-B,PPS,PPM,对时报文对时介质：光纤,RS-485,RS-232,空接点,以太网时间精度：误差小于1us守时能力：误差小于1度/小时RCS-9785CGPS时钟同步装置NR1301NR1217NR1205NR1216NR1218NR1301NR1219NR1101NR1141NR12202412345678910111213141516UPLINK电源大容量存储12345678910111213141516UPLINK1121140115251502电源交流头DSP开入开出交流头1401交流头1401PCS9882交换机WAMS主站1WAMS主站2PCS-996G数据集中器1122DSP1122DSPPMU本地子站1121140115251502电源交流头DSP开入开出交流头1401直流采样功角测量14161415CPUCPU1102CPU11021102CPU1102FLASHCPU1102FLASH实时数据通道离线数据通道(动态、暂态录波)通信机房路由器PCS-996B型采集单元PCS-996A型采集单元GPS时钟CPU扩展DSP扩展PCS9882交换机GPS对时信号应用场合：变电站、开关站、发电厂采集对象：母线、线路、主变的交流量和开关量应用场合：火力发电厂、水力发电厂、风电场采集对象：机组的交流量、直流量、开关量和键相脉冲数据集中器可接入:♦PCS-996A♦PCS-996B向WAMS主站上送:♦实时数据♦动态录波数据♦暂态录波数据PCS-996型PMU系统典型配置PCS-996G数据集中器PCS-996B(发电厂)PCS-996A(变电站)RCS-9785时钟25PMU装置的基本功能PMU的输入量PMU的输出量（3种）PMU的性能指标26PMU装置的输入量时钟信号:同步时钟(GPS,北斗)交流量(A,B型):三相电压、电流信号（Uabc,Iabc）直流量(B型）:机组4～20mA直流量电平信号(B型):机组键相脉冲、转速脉冲开关量(A,B型):刀闸位置，机组开关量信号注意：电流回路通常采用CT测量绕组！27PMU装置的输出量11.实时数据：相量：UABC1,IABC1,内电势Eq,发电机功角模拟量:P,Q,f,df/dt，发电机转速4～20mA直流量等开关量：刀闸位置，机组开关量信号输出特征：同步时标：与GPS零秒时刻对齐，全网同步传输速率：100帧、50帧、25帧等可选28实时数据帧格式编号字段长度(字节)说明1SYNC2帧同步字(AA02)2FRAMESIZE2帧长3SOC4世纪秒，从1970-1-10:0:0开始4FRACSEC4秒等分（分辨率10ms）5STAT2状态字6PHASORS4×P相量(幅值，相角)7FREQ2频率偏差8DFREQ2频率变化率9ANALOG2×A模拟量10DIGITAL2×D开关量29实时数据显示界面30PMU装置的输出量22.动态录波数据：内容＝CFG1+N个数据帧CFG1是PMU的最大可输出配置N个数据帧是1min内的实时数据帧（6000帧）输出特征：记录速率：能达到100帧/S形成速率：每分钟形成1个文件存储要求：能存储14天的数据上传要求：在主站召唤时传送指定数据主要功能：本地记录，电网扰动时进行分析31动态录波数据显示界面数据文件：200704180926.dyn32PMU装置的输出量33.暂态录波数据：标准COMTRADE99格式的暂态录波内容可以包括：瞬时值，幅值，开关量等输出特征：形成条件：开关量变位，电气量启动（电压、电流越限、突变，频率越限，功率振荡等）存储要求：能存储1000次扰动数据上传要求：在主站召唤时传送指定数据主要功能：本地记录，电网扰动时进行分析33暂态录波数据显示界面34通信管道，数据的存储传送996A/B暂态录波实时数据996A/B暂态录波实时数据采集单元1采集单元n动态录波实时数据数据集中器PCS-996G暂态录波WAMS主站配置管理860080008001管理管道（8001）：命令，配置数据管道（8000）：实时数据离线文件管道（8600）：动态录波文件暂态录波文件35实时数据通信的主要流程PMU侧WAMS主站侧上送CFG-1根据CFG-1,形成CFG-2下发CFG-2接收实时数据接收CFG-2按CFG-2上送数据建立TCP连接建立TCP连接CFG-1按