廣域相量測量系統(tǒng)

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廣域相量測量系統(tǒng)

　　廣域相量測量系統(tǒng)

　　[摘要]本文首先對廣域同步相量測量系統(tǒng)(WAMS)進行了簡要介紹，然后對其主要單元PMU的基本原理和結構進行了論述，最后對WAMS在電力系統(tǒng)各方向的應用進行了闡述。

　　[關鍵詞]電力系統(tǒng);相量測量裝置(PMU);廣域相量測量系統(tǒng)(WAMS)

　　引言

　　隨著特高壓輸電和“西電東送、全國聯網”工程的建設，我國電網互聯規(guī)模越來越大，將引起低頻振蕩，電力市場進程的不斷推進使得某些斷面經常運行在接近于滿負荷或滿負荷狀態(tài)，電力系統(tǒng)運行的復雜程度日益增加，電網安全問題日益突出，使得對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求也越來越高。

　　傳統(tǒng)的SCADA/EMS調度監(jiān)控系統(tǒng)，由于缺少電力系統(tǒng)不同地點之間的基準時間，所以只能用于電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性分析，難以實現系統(tǒng)的實時動態(tài)特性分析。

　　基于PMU的廣域測量系統(tǒng)(wide　Area　Measurement　System，簡稱WAMS)，利用成熟的GPS技術，能夠為全系統(tǒng)提供準確的基準時間，能夠實時地反映全網系統(tǒng)的動態(tài)變化，對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行起到了重要的作用。

　　1.廣域電網相量測量系統(tǒng)的發(fā)展

　　國外對于PMU的研究起始于20世紀80年代的美國，1983年美國GPS的出現，為相角測量提供了時鐘精度上的保證。1993年美國研發(fā)出了第一臺PMU，標志著同步相量技術的實用化。美國西部電力系統(tǒng)協(xié)調委員會(western　System　Coordinating　Council簡稱WSCc)已經基本建成了以PMU為基礎的WAMS，投入了近百個PMU。1997年法國電力公司計劃組建基于PMU的協(xié)調防御控制系統(tǒng)。

　　1995年前后國內開始了對PMU的研究，率先開始該領域研究的是清華大學電機工程系，1997年同黑龍江東部電網合作，安裝了7個PMU。近年，隨著GPS技術和通訊技術的快速發(fā)展和不斷完善，

　　加快了PMU應用的發(fā)展，全國各大電網正在實施或已部分完成龐大的WAMS。

　　2.PMU基本原理及結構

　　基于全球定位系統(tǒng)(GPS)的相量測量單元PMU具有傳統(tǒng)數據采集系統(tǒng)的功能，即對電流、電壓等電氣量的幅值和頻率的采集，同時還具有傳統(tǒng)數據采集系統(tǒng)無法實現的功能：對相角的采集。

　　圖1是基于GPS的PMU基本原理結構圖，其基本原理為：

　　GPS接收器接收來自衛(wèi)星的信號，輸出1pps(1個脈沖每秒)信號給鎖相振蕩器，鎖相振蕩器用分頻方法將其劃分成采樣脈沖，對輸入模擬量進行同步采樣，采樣值經濾波器處理然后傳送給模數轉換器A/D，轉換后的數字信號傳送給微處理機，用快速傅里葉算法計算出基頻相量，用對稱分量法將三相向量變換為三序相量，最后PMU將正序分量、時間標記等傳送給調度中心。

　　3.廣域電網相量測量系統(tǒng)的應用

　　基于PMU的廣域測量技術發(fā)展迅速，近年來已經在很多方面得到了應用，主要包括電力系統(tǒng)狀態(tài)估計、低頻振蕩在線監(jiān)測、動態(tài)監(jiān)測和廣域保護。

　　3.1狀態(tài)估計

　　現如今的狀態(tài)估計是能量管理系統(tǒng)(EMS)的基本內容，它根據sCADA采集到的電壓、電流等電氣量的幅值和頻率的測量值，用迭代方法求解非線性方程組，求得系統(tǒng)狀態(tài)變量的最佳估計值。

　　電力系統(tǒng)的安全約束調度、靜態(tài)穩(wěn)定性分析和暫態(tài)穩(wěn)定性分析都依賴于狀態(tài)估計的結果，若能直接測量相角，將大大提高狀態(tài)估計的速度和精度，但由于沒有統(tǒng)一的基準，相角測量難于實現。

　　隨著全球定位系統(tǒng)(GPS)的發(fā)展使相角測量得以實現。同步相量測量單元PMU借助于GPS技術，直接測得系統(tǒng)各節(jié)點的電壓幅值和相角，狀態(tài)方程中的雅各比矩陣就變成了常數矩陣。

　　應用同步相量測量技術所得到的是電網匯總所有廠、站的正序相量，而且是確切的同步測量結果，如果不考慮壞數據，則不需要再次進行狀態(tài)估計，這不僅提高了狀態(tài)估計的迭代收斂速度，而且提高了結果的精度。

　　3.2低頻振蕩在線監(jiān)測

　　隨著我國各大電網的互聯，低頻振蕩成為電力系統(tǒng)中的嚴重問題，因此，必須對平時的小干擾振蕩進行連續(xù)統(tǒng)計分析，從而了解當前電網經常發(fā)生振蕩的頻率和阻尼特性，便于提前發(fā)現電網的薄弱點，有利于調整控制系統(tǒng)參數，及早制定校正控制預案，合理安排運行方式，有效的遏制大規(guī)模低頻振蕩的發(fā)生。

　　電力系統(tǒng)的低頻振蕩的頻率波動范圍一般為0.1-2.0Hz，當此范圍內存在較強的負阻尼或弱阻尼時，WAMS要能夠及時發(fā)出告警信息，并在區(qū)域圖上標明異常地方，給數據平臺發(fā)送觸發(fā)信號，記錄當前的實時數據，用于低頻振蕩的在線監(jiān)測和分析。因此，只有WAMS能夠提供統(tǒng)一的實時數據，才能實現低頻振蕩的在線分析。

　　數據經過中央處理器的處理，根據結果快速判別發(fā)生振蕩的機組，最后對現象進行分析，得出有用信息。

　　3.3動態(tài)監(jiān)測

　　傳統(tǒng)的SCADA/EMS系統(tǒng)無法實現系統(tǒng)的實時動態(tài)監(jiān)測，是因為無法實現全網各節(jié)點電壓相角和各發(fā)電機功角的測量，相角是判斷電力系統(tǒng)穩(wěn)定的重要參數，而PMU采用成熟的GPS技術實現了相角的直接測量，極大地改善了系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的預測及控制。

　　當故障時，調度中心可根據各個節(jié)點的實時相角數據，分析發(fā)電機功角的變化情況，通過功角的變化趨勢來預測哪個機組可能失穩(wěn)并采取相應的對策，如切機、切負荷、解列等，以防止事故的進一步擴大：也可以用來進行就地控制，如勵磁、調速、電容器的接入等。

　　3.4廣域保護

　　廣域保護系統(tǒng)的核心思想是：當系統(tǒng)發(fā)生故障時，快速隔離故障，保證系統(tǒng)在故障切除后能夠安全穩(wěn)定的運行。不同于傳統(tǒng)的繼電保護只是通過開關的通斷實現故障的切除，保證單個設備的安全，廣域保護需要全網的無功、電壓等信息，分析系統(tǒng)的當前運行狀態(tài)，采取必要的措施，保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定。

　　近年來WAMS系統(tǒng)迅速發(fā)展，除了以上高級應用外，WAMS還在其他很多方面像模型的有效性評估、阻尼控制、電壓穩(wěn)定性控制、線路參數估計以及頻率控制等有著極其廣泛的應用。如今智能電網的廣泛研究給WAMS帶來了更大的發(fā)展空間和應用方向。

　　4.結論

　　隨著電力系統(tǒng)規(guī)模、結構和運行方式的不斷改變，傳統(tǒng)的監(jiān)控策略和分析方法，難以滿足電力系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性和經濟性的要求，基于PMU的WANS的出現具有重要意義，提供了一種新的方法用于電力系統(tǒng)中的問題研究。隨著計算機、網絡和通訊技術的不斷完善，WAMS的發(fā)展將越來越容易，應用前景越來越廣，必將取代傳統(tǒng)的SCADA/EMS系統(tǒng)。

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