广域测量系统综述

广域测量系统综述广域测量系统WAMS(WideAreaMeasurementSystem)主要源自电力系统时间上同步和空间上广域的要求，利用全球定位系统GPS(GlobalPositionSystem)时钟同步，进行广域电力系统状态测量。传统的SCADA\EMS系统中，使用RTU（remoteterminalunit）作为测量手段，能够测量电压、电流的有效值和功率，可以表征系统的稳态潮流，但没有对描述系统机电动态性能十分重要的相对相角量及其派生量；另一方面，测量的时间尺度为数秒级，因而得到的系统数据是历史的、不同时的，即便我们为其增加GPS时标，仍然只能监测系统稳态或准稳态运行情况。而在故障监测方面，传统的保护系统使用故障录波器DFR（digitalfaultrecorder）作为监测手段，时间尺度可达到微秒级，速度很快。但DFR只能测量瞬时值，无法获得全面的系统动态过程信息，因而主要用于对故障后电磁暂态过程的记录，而无法对整个系统的动态过程进行记录和分析。而广域测量技术使用PMU（phasormeasurementunit）作为测量手段，可以基于GPS标准时钟信号，测量得到信号的同步相量数据，其时间尺度介于RTU和DFR之间，目前最快可达10ms左右。广域测量技术的优点在于，它可以实现异地的同步相量测量，并保持足够高的精度，同时能够保证高速通信和快速反应，因而非常适合目前不断扩大的电网规模。另一方面，由于提供了相量数据，我们可以分析功角、无功储备等动态信息，从而能够对电网的动态过程进行实时监测，有助于调度和控制。WAMS主要由位于厂站端的PMU通信系统和位于调度中心的控制系统组成。网上有论文提出的WAMS结构如图1所示。其中主站位于省调度中心，子站为各功角监测点，子站由相角和功角测量装置#时间同步装置、通信系统和工控机组成。为了保证实时性，主站与子站之间的通信通道采用专用的微波通道。该系统已经通过了动模试验，各项技术指标已达运行要求，并且部分功能模块已经现场运行。而有另一篇论文提出了一个更完整的监测系统，其结构如图2所示。图2中各上位机与其相连的下位机共同组成一套基本的PMU，各PMU独立地从GPS系统得到高精度时钟并以此为基础同步进行数据采集和相角测量及其他工作。采用上下位机结构的目的是提高PMU单元对不同应用场合的适应性，下位机与上位机之间采用高性能的局域网连接，各PMU的测量结果除按需要在本地进行适当的显示和记录外，必要的信息通过广域网送到主站中央处理机进行集中处理，该系统与前个系统相比，其通信系统采用了局域网和广域网通信技术，并且设置了专用的控制通道，使整个系统功能更强大，结构更加合理。针对全国联网，有文献提出了一个全国性的WAMS，如图3所示。由国家调度中心、网调度中心、省调度中心和就地监控4级组成。相角信息可以上行，也可下行。该系统的中心处理机设置于省调或网调中心，同一网局内的省调之间可以交换信息，国家调度中心的相角信息来自于各网局，而网局的相角信息来自于各省调度中心；国调、网调和省调在各自的范围之内，能看到全局、局部或相邻局部的相角矢量图，并可根据系统的运行工况或受扰大小及时作出调整。显然，WAMS对通信系统的质量、通信的实时性都有较高的要求。由于国内大多数电网近年将建成以光纤通信网为主的电力通信网络，WAMS应该尽量利用现有的网络通信条件，本着近期与远期相结合的原则，利用以太网、ATM等技术提高通信系统的效率，以满足实时性要求。PMU的关键在于相角和功角的测量，而有效值等量的测量则与传统装置无异。这里的相角是指母线电压或线路电流相对于系统参考轴之间的夹角，某台发电机的功角i是指该机q轴与系统参考轴之间的夹角。目前，欧美国家安装的绝大部分PMU实际上只能测量相角，国内部分电网安装的PMU能测量功角。对于将来的应用功能，有文献给出了WAMS的可能应用功能，如图4。WAMS不仅可以取代传统的SCADA系统完成系统的稳态监测任务，而且可以应用于系统的动态行为监测、稳定监测和故障分析等领域。当然，要实现这些功能，还需要解决一系列的理论和技术问题，比如稳定的预测与控制等。广域测量系统研究开发的最终目标是建立新一代EMS。PMU可能结合或替代RTU，WAMS可能结合或替代SCADA。在功能上将目前的稳态水平监测提高到动态水平监测，核心是如何处理好、应用好WAMS的测量信息。这方面的研究相对于装置的开发而言还远远不够，应该成为下一阶段的研究重点。需要研究的内容很多，如WAMS信息的数据仓库、WAMS信息的数据挖掘等。