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同步相量测量装置的应用进展
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同步相量测量装置的应用进展
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2011-9-7 21:02:02
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摘要:简要介绍了同步相量测量装置的技术原理,综述了在电力系统状态估计与动态监视、稳定预测与控制、模型验证、继电保护及故障定位等方面的研究和应用。现场试验、运行以及应用研究的结果表明,基于同步相量测量装置的广域测量技术,为保证电力系统的安全稳定运行提供了新的方法和手段。
关键词:全球定位系统 相量测量装置 广域测量
20世纪90年代初,借助于全球定位系统(GPS)提供的精确时间,同步相量测量装置PMU(phasor measurement unit)研制成功后[1],目前世界范围内已安装使用数百台PMU。现场试验、运行以及应用研究的结果表明:同步相量测量技术在电力系统状态估计与动态监视、稳定预测与控制、模型验证、继电保护、故障定位等方面获得了应用或有应用前景。本文综述了同步相量测量装置的原理及其应用。
1 同步相量测量技术原理
PMU的典型结构如图1所示,其基本原理为:GPS接收器给出1 pps信号,锁相振荡器将其划分成一定数量的脉冲用于采样,滤波处理后的交流信号经A/D转换器量化,微处理器按照递归离散傅立叶变换原理计算出相量。对三相相量,微处理器采用对称分量法计算出正序相量。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。图2示出了PMU与数据集中器的通信,可以采用多种通信技术,如直接连线、无线电、微波、公共电话、蜂窝电话、数字无线等。因特 网技术也可用于PMU数据通信,在通信和功能层应用TCP/IP规约,可灵活控制PMU。数字信号处理、同步通信是同步相量测量技术的关键。防混叠滤波器、A/D转换器等器件的性能直接影响测量的精度。
图1 PMU结构框图
图2 PMU与数据集中器的通信
2 同步相量测量技术的研究与应用
2.1 现场试验及运行
20世纪90年代以来,PMU陆续安装于北美及世界许多国家的电网,针对同步相量测量技术所进行的现场试验,既验证了同步相量测量的有效性,也为PMU的现场运行积累了经验。其中包括1992年6月,乔治亚电力公司在Scherer电厂附近的500 kV输电线上进行了一系列的开关 试验[2],以确定电厂的运行极限并验证电厂的模型;1993年3月,针对加利福尼亚—俄勒冈输电项目所进行的故障试验[3]等。试验中应用PMU记录的数据结果与试验结果相当吻合。
?我国黑龙江省东部电网区域稳定控制系统中装设的基于GPS的相量测量装置,在1997年6月29日的一次故障中记录了3个不同地点的动态数据,包括各点之间的相位差信息[4]。我国南方电网骨干联络线天广500 kV线路的功角振荡也已可在电网调度中心实时观测。
2.2 研究与应用领域
?目前,同步相量测量技术的应用研究已涉及到状态估计与动态监视、稳定预测与控制、模型验证、继电保护及故障定位等领域。 ?
(1) 状态估计与动态监视。状态估计是现代能量管理系统(EMS)最重要的功能之一。传统的状态估计使用非同步的多种测量(如有功、无功功率,电压、电流幅值等),通过迭代的方法求出电力系统的状态,这个过程通常耗时几秒钟到几分钟,一般只适用于静态状态估计。
应用同步相量测量技术,系统各节点正序电压相量与线路的正序电流相量可以直接测得,系统状态则可由测量矢量左乘一个常数矩阵获得,使得动态状态估计成为可能(引入适当的相角 测量,至少可以提高静态状态估计的精度和算法的收敛性)[1]。将厂站端测量到的相量数据连续地传送至控制中心,描述系统动态的状态就可以建立起来。一条4800或9600波特率的普通专用通信线路可以维持每2~5周波一个相量的数据传输,而一般的电力系统动态现象的频率范围是0~2 Hz,因而可在控制中心实时监视动态现象。
?(2) 稳定预测与控制。同步相量测量技术可在扰动后的一个观察窗内实时监视、记录动态数据,利用这些数据可以预测系统的稳定性,并产生相应的控制决策。文献[5]介绍了基于同步相量测量技术,采用模糊神经元网络进行预测和控制决策,取PMU所提供的发电机转子角度以及由转子角度推算出的速度(变化率)等作为神经元网络的输入,输出对应稳定、不稳定。在弱节点处安装PMU,可以观测电压稳定性。PSS利用PMU所提供的广域相量作为输入,构成全局控制环,可以消除区域间振荡。
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yhm321
|
2013-6-28 20:03:35
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{:soso_e183:}
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abb
|
2011-9-7 21:02:04
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?(3) 模型验证。电力系统的许多运行极限是在数值仿真的基础上得到的,而仿真程序是否正确在很大程序上取决于所采用的模型。同步相量测量技术使直接观察扰动后的系统振荡成为可能,比较观察所得的数据与仿真的结果是否一致以验证模型,修正模型直到二者一致。
?(4) 继电保护和故障定位。同步相量测量技术能提高设备保护、系统保护等各类保护的效率,最显著的例子就是自适应失步保护。对于安装在佛罗里达—乔治亚联络线上的一套自适应失步保护系统,从1993年10月到1995年1月的运行情况分析表明,PMU是可靠和有价值的传感器[6]。另一个重要应用是输电线路电流差动保护,在相量差动动作判据中,参加差动判别的线路二端电流相量必须是同步得到的,PMU即可提供这种同步相量?
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