PMU相量测量装置简介 PPT
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相量测量单元PMU工
4 扰动数据记录 (1) 具备暂态录波功能。用于记录瞬时采样的数据的输出格式符 合 ANSI/IEEEC37.111-1991CPU处理电压输入电流输入4mA-20mA输 入开关量输入GPS10MHz以太网RS232告警信号输出轴脉冲输入4mA20mA输出控制输入（COMTRADE）的要求； (2)具有全域启动命令的发送和接收，以记录特定的系统扰动数 据； (3)可以以 IEC60870-5-103 或 FTP 的方式和主站交换定值及故障 数据。 5 当地通信接口 装置提供通信接口用于和励磁系统、AGC 系统、电厂监控系统进 行数据交换。 6 数据存储 存储暂态录波数据；存储实时同步相量数据。
相量测量单元PMU工作原理
演讲人 电化1班 彭少鹏 10号
同步相量测量装置
同步相量测量装置(PMU： PhasorMeasurementUnit)是利用全球定位系统 (GPS)秒脉冲作为同步时钟构成的相量测量单 元。可用于电力系统的动态监测、系统保护和 系统分析和预测等领域．是保障电网安全运行 的重要设备。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。
同步相量测量装置的结构
图中装置的输入信号有： ①线路电压、线路电流信 号的输入；②开关量信号 的输入；③发电机轴位置 脉冲的输入，可以是鉴相 信号或转速信号；④用于 励磁、AGC 等的 4mA～ 20mA 控制信号；⑤GPS 标 准时间信号。 装置的输出信号有： ①用 于中央信号的告警信号输 出；②用于通信用的 10/100M 以太网及RS232 接口 （采用IEEE std 1344 通信标准）；③用于控制 用的 4mA～20mA 输出
同步相量测量装置
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)。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。
装置应用
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，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等。试验中应用pmu记录的数据结果与试验结果相当 吻合。
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装置原理
基于gps时钟的pmu能够测量电力系统枢纽点的电压相位、电流相位等相量数据，通过通信网把数据传到监测 主站．监测主站根据不同点的相位幅度．在遭到系统扰动时确定系统如何解列、切机及切负荷．防止事故的进一 步扩大甚至电网崩溃。根据功能要求．pmu应包括同步采样触发脉冲的发生模块、同步相量的测量计算模块和通 信模块。同步采样触发脉冲的发生部分主要功能是提供秒脉冲和当前标准时间(精确到秒)。为了降低对gps的依 赖性．在gps丢失卫星后一段时间内．由本机自身晶振提供相当精确的秒脉冲。相量测量运算部分输入模拟交流 信号．a/d由外部产生的同步采样脉冲触发．转换完成后发送“中断”给信号处理模块(dsp)．dsp每读取一点的 数据就和前面的采样数据进行数字傅里叶变换(dff)运算，求出该交流信号基波的幅值和相位。主dsp在计算相位 后同时加上相应的时标从通信接口将相量数据发送到监测主站或保存在本地共控机上．同步串口通信数据除了采 样点时刻的时标外．还有测量cpu发出的当前交流信号频率。
装置应用
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，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等。试验中应用pmu记录的数据结果与试验结果相当 吻合。
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装置原理
基于gps时钟的pmu能够测量电力系统枢纽点的电压相位、电流相位等相量数据，通过通信网把数据传到监测 主站．监测主站根据不同点的相位幅度．在遭到系统扰动时确定系统如何解列、切机及切负荷．防止事故的进一 步扩大甚至电网崩溃。根据功能要求．pmu应包括同步采样触发脉冲的发生模块、同步相量的测量计算模块和通 信模块。同步采样触发脉冲的发生部分主要功能是提供秒脉冲和当前标准时间(精确到秒)。为了降低对gps的依 赖性．在gps丢失卫星后一段时间内．由本机自身晶振提供相当精确的秒脉冲。相量测量运算部分输入模拟交流 信号．a/d由外部产生的同步采样脉冲触发．转换完成后发送“中断”给信号处理模块(dsp)．dsp每读取一点的 数据就和前面的采样数据进行数字傅里叶变换(dff)运算，求出该交流信号基波的幅值和相位。主dsp在计算相位 后同时加上相应的时标从通信接口将相量数据发送到监测主站或保存在本地共控机上．同步串口通信数据除了采 样点时刻的时标外．还有测量cpu发出的当前交流信号频率。
PMU基本介绍全解
技术背景
行业标准
• IEEE1344-1995(R2001) ： IEEE Standard for Synchrophasors for Power Systems; EPRI：PC37.118-2005 《电力系统实时动态监测系统技术规范》: 国 调中心 03 年 2 月第 1 稿， 04 、 05 年修改稿 , 国家 电网公司06年4月正式发布；
发电机功角是发电机转子内电势与定子端电压或电网参考点母线电 压正序相量之间的夹角，是表征电力系统安全稳定运行的重要状态变 量之一，是电网扰动、振荡和失稳轨迹的重要记录数据。
PMU的用途
4）分析发电机组的动态特性及安全峪度分析
通过PMU装置高速采集的发电机组励磁电压、励磁电流、气门开度信号、 AGC控制信号、PSS控制信号等，可分析出发电机组的动态调频特性，进行 发电机的安全峪度分析，为分析发电机的动态过程提供依据。监测发电机 进相、欠励、过励等运行工况，异常时报警。绘制发电机运行极限图，根 据实时测量数据确定发电机的运行点，实时计算发电机运行裕度，在异常 运行时告警。
PMU功能应用
4、扰动数据记录 (1)具备暂态录波功能。用于记录瞬时采样的数据的输出格式符合 ANSI/IEEE PC37.111-1991（COMTRADE）的要求； (2)具有全域启动命令的发送和接收，以记录特定的系统扰动数据； (3)可以以IEC60870-5-103或FTP的方式和主站交换定值及故障数据； 5、与当地监控系统交换数据 装置提供通信接口用于和励磁系统、AGC系统、电厂监控系统等 进行数据交换。 6、数据存储 存储暂态录波数据；存储实时同步相量数据。
同步相量测量装置(PMU) 技术介绍
主要内容
一、 PMU及动态监测系统的技术背景 二、同步相量测量基础 三、PMU的功能及作用
PMU相量测量装置简介
PMU相量测量装置。
02
实施过程
南方电网在关键变电站和输电线路中部署了PMU相量测量装置，利用
大数据技术和云计算平台对海量数据进行处理和分析。
03
效果评估
南方电网通过PMU相量测量装置的应用，提高了电网的智能化水平，
实现了对电网运行状态的实时监控和优化调度，减少了停电事故的发生。
大型企业能源管理项目应用案例
采用低功耗设计、休眠模式等节能技术，以延长装置的使用寿命 并降低维护成本。
电源监测与预警
具备电源状态监测功能，及时发现电源故障或电量不足的情况， 并提供预警信息。
04
PMU相量测量装置的未 来发展
技术创新与升级
1 2 3
硬件升级
随着电子技术和制造工艺的进步，PMU相量测 量装置的硬件将不断升级，提高测量精度和稳定 性。
功能
PMU通过采集电压和电流的相位、幅 值等信息，提供电网的实时动态数据， 用于分析电网的运行状态、稳定性以 及进行故障诊断等。
工作原理
工作原理
PMU通过安装于电力系统的传感器 ，实时采集电压和电流信号，并利用 数字信号处理技术，计算出电压和电 流的幅值、相位等信息。
时间同步
PMU内部装有高精度时钟，并通过GPS （全球定位系统）接收器进行时间同步， 确保各PMU之间的数据同步。
分布式能源管理
PMU装置可以监测和管理分布式 能源的接入和运行，提高能源利 用效率。
能源调度与优化
基于PMU提供的数据，可以对能 源调度和优化进行精细化操作， 提高能源供应的可靠性和经济性。
科研与教育
科研数据支持
PMU装置提供的大量实时数据为电力系统科研提供了有力支持，有助于推动相 关领域的技术进步。
5PMU介绍
这些信号的采样是同步完成的 各地功角信号是相对于相同的同步旋转轴系 将全网的时钟进行统一，保证分散于各地传送到服 务器上进行比较的是同一时刻的信号 提供了一个全网统一的同步旋转坐标轴，保证这些 测出的功角是基于相同的坐标轴
对应的GPS作用：
PMU基本构成和原理
PMU基本功能
信号变换 接收GPS时钟信号 同步采样、数据时标 相量处理：电压/电流相量、 频率（偏差）、数字量等
误差测定
1.003 1.002 1.001 1 0.999 0.998 0.997 0.996
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
电压幅值误差曲线
0.06 0.04 0.02 0 -0.02 -0.04 -0.06 -0.MU研究现状
1988年，Virginia Tech 最早开发了PMU的原型机 美国1993年开展“美国西部电力系统协调委员会监控 用相角实时测量”项目 北美WSCC的基于相角测量的广域测量系统是目前规模 最大的，其中BPA、SCE和加州ISO电网的中央数据处理 器相互连接，系统中一共有77台采集装置 法国、日本、西班牙、韩国等国都开展了相角测量的 研究 IEEE在电力系统继电保护和控制委员会下成立一个专 门委员分会H-7，研究系统同步相角测量、通讯接口的 规则、推荐的标准等问题
到2004年底，WECC WAMS配置如下： 11个PDC单元，由9个数据拥有者操作 53个集成PMU 7个独立PMU 23个PPSM单元 10个不同种的监视单元 1996年6月2号和8月10号北美大停电时，WAMS数据 提供了相当有价值的信息，在停电后的大量技术回顾 中发挥了作用。在8月10日的事故中，在崩溃前期的几 分钟，WAMS数据记录指示应该立刻采取行动以帮助 系统复原。
同步相量测量装置作用
同步相量测量装置作用同步相量测量装置（Synchronized Phasor Measurement Unit，简称PMU）是一种用于对电力系统进行实时监测和控制的高精度测量设备。
它能够准确测量电压、电流等相位和振幅信息，并与时间戳同步。
PMU主要由一台GPS接收器、一台高精度时钟、一台A/D转换器和一台通信模块组成。
PMU的作用主要有以下几个方面：1.实时监测电力系统状态：通过精确测量电流和电压的相位、频率、振幅等信息，PMU能够实时监测电力系统的状态。
它能够提供高精度、高频率的数据，帮助运行人员了解系统的实际运行情况，包括电压的稳定性、频率偏差、相位角等指标，从而及时发现潜在的问题和异常。
2.电力系统可靠性评估：PMU能够实时记录电网中的电流和电压波形数据，并与时间戳同步。
这些数据可以用于电力系统的可靠性评估，通过分析不同时刻系统的状态和性能，可以检测到潜在的故障和问题。
通过PMU提供的数据，可以进行故障分析和定位，并及时采取相应的措施以保障电网的稳定运行。
3.功率平衡和负载管理：PMU能够提供各个节点的电压和电流数据，这对于功率平衡和负载管理非常重要。
通过实时监测电网中不同节点的功率波动，可以及时发现负荷过重或不平衡的情况，并采取相应的调整措施。
同时，PMU还可以提供功率因数、无功功率等信息，为系统负载管理提供参考依据。
4.电能计量和电费结算：PMU可以提供准确的电流和电压数据，这对于电能计量和电费结算至关重要。
传统的电能计量方式往往存在一定的误差，而PMU能够提供高精度的电能数据，可以减少计量误差，提高电费的结算准确性。
5.电力系统灾难响应：PMU提供的高频率数据可以用于电力系统的灾难响应。
比如，在发生地震、风暴或其他灾害时，PMU能够提供实时的数据，帮助分析师和运行人员迅速评估电力系统的状况以及可能出现的问题，并及时采取反应措施。
总之，同步相量测量装置是电力系统监测和控制的关键设备，它能够提供高精度、高频率的电压和电流等参数数据，帮助监测运行状态、评估系统可靠性、进行负载管理和能效分析等。
PMU演示
同步相量测量装置
PMU
简单介绍
第一页，编辑于星期六：五点 二十四分。
目录
1 系统概述
2 结构概述
3 PMU核心----相量数据集中器PDC
4 本地工作站使用装置--QT
第二页，编辑于星期六：五点 二十四分。
系统概述
电力系统中两种传统的监测方法的缺点：
1.故障录波器记录的原始波形的快速暂态数据量太大，难以保存长时间的数据
通信网络2
通信网络1
PMU装 置
PMU装 置
PMU装 置
PMU装 置
PMU装 置
GPS卫 星
LPS-700装置安装于PMU子站，采用9600Hz的采样速率，实时监测系统
的各种实时运行信息。主站是安装在电力系统调度中心，用于接收、管理、 存储、分析、告警、决策和转发动态数据的计算机系统。
第六页，编辑于星期六：五点 二十四分。
5.
4.
3.
2.
1.
交 流 插 件
直 流 调 理 插
低 压 开 入 隔
电 源 插 件
逻 辑 插 件
件
离
插
件
(POW-6002)
(LOG-6901)
1.
智能插件
（含CPU，主要用于信号采集、信号处理、通信。）
6.
5.
4. CPU
3.
2.
开
对采
入
量
(ATD-8808)
低压开入隔离插件(DI-7204)
提供给现场开入激励源为直流220V 或直流 110V。考虑到高压信号 不能直接进入采集插件，现场的信号需经过高压开入隔离插件，转 换成24V低压开入信号。该高压开入隔离插件具有施密特特性，当有 高电压电平Ue输入时，高电平需要>70% Ue；当从高电平变为低电 平时，低电平为<30%Ue，这样可以有效防止外部开入信号接触不良 引起的电平抖动。
PMU
简单介绍
第一页，编辑于星期六：五点 二十四分。
目录
1 系统概述
2 结构概述
3 PMU核心----相量数据集中器PDC
4 本地工作站使用装置--QT
第二页，编辑于星期六：五点 二十四分。
系统概述
电力系统中两种传统的监测方法的缺点：
1.故障录波器记录的原始波形的快速暂态数据量太大，难以保存长时间的数据
通信网络2
通信网络1
PMU装 置
PMU装 置
PMU装 置
PMU装 置
PMU装 置
GPS卫 星
LPS-700装置安装于PMU子站，采用9600Hz的采样速率，实时监测系统
的各种实时运行信息。主站是安装在电力系统调度中心，用于接收、管理、 存储、分析、告警、决策和转发动态数据的计算机系统。
第六页，编辑于星期六：五点 二十四分。
5.
4.
3.
2.
1.
交 流 插 件
直 流 调 理 插
低 压 开 入 隔
电 源 插 件
逻 辑 插 件
件
离
插
件
(POW-6002)
(LOG-6901)
1.
智能插件
（含CPU，主要用于信号采集、信号处理、通信。）
6.
5.
4. CPU
3.
2.
开
对采
入
量
(ATD-8808)
低压开入隔离插件(DI-7204)
提供给现场开入激励源为直流220V 或直流 110V。考虑到高压信号 不能直接进入采集插件，现场的信号需经过高压开入隔离插件，转 换成24V低压开入信号。该高压开入隔离插件具有施密特特性，当有 高电压电平Ue输入时，高电平需要>70% Ue；当从高电平变为低电 平时，低电平为<30%Ue，这样可以有效防止外部开入信号接触不良 引起的电平抖动。
分布式同步相量测量装置
保存时间 装置动态数据的保存时间应不少于14天
冗余配置的CSS200/1P
PMU实时数据中心站1
PMU实时数据中心站2
本地工作站
数据集中处理单元 CSS-200/1P
数据集中处理单元 CSS-200/1P
……
采用以太网组播通信方式， 各处理单元的功能互不影响
CSC187D以太网交换机
组播通信方式
同步对时
同步测量：以绝对时间1PPS为统一时间参考点
同步相量——以绝对时间为参考的相量
• 为了保证不同地点的测量
数据可以有效比较，规定
1 PPS (UTC 参考)
如下：
– 以GPS时间为测量参考；
A
– 周期信号最大值与PPS上 升沿重合：0度；
– 周期信号正向过零与PPS
t
上升沿重合：-90度
PMU与故障录波器的区别
相量测量单元 Phasor Measurement Unit
不等于 GPS＋故障录波器
电压 电流 开关量
PMU
电压相量 电流相量 功率 发电机内电势
频率
• 故障录波仪
– 加GPS后不同地点记录的数据可统一对时 – 只记录暂态数据,不能输出相量数据，数据量大，不能长时间记
录
– 无法将测量数据实时上送到主站 – 无助于对系统整体动态性能的了解
CSS-200/1P数据集中处理单元
4个100M以太网接口 键盘、鼠标、显示器接口 人机运行界面。 DC110/220V,AC220V 19英寸1U机箱 QNX实时多任务操作系统 核心程序在电子盘上运行 数据存储使用160G大容量
硬盘
CSS-200/1P数据集中处理单元
CSS-200/1G授时单元（已停产）
冗余配置的CSS200/1P
PMU实时数据中心站1
PMU实时数据中心站2
本地工作站
数据集中处理单元 CSS-200/1P
数据集中处理单元 CSS-200/1P
……
采用以太网组播通信方式， 各处理单元的功能互不影响
CSC187D以太网交换机
组播通信方式
同步对时
同步测量：以绝对时间1PPS为统一时间参考点
同步相量——以绝对时间为参考的相量
• 为了保证不同地点的测量
数据可以有效比较，规定
1 PPS (UTC 参考)
如下：
– 以GPS时间为测量参考；
A
– 周期信号最大值与PPS上 升沿重合：0度；
– 周期信号正向过零与PPS
t
上升沿重合：-90度
PMU与故障录波器的区别
相量测量单元 Phasor Measurement Unit
不等于 GPS＋故障录波器
电压 电流 开关量
PMU
电压相量 电流相量 功率 发电机内电势
频率
• 故障录波仪
– 加GPS后不同地点记录的数据可统一对时 – 只记录暂态数据,不能输出相量数据，数据量大，不能长时间记
录
– 无法将测量数据实时上送到主站 – 无助于对系统整体动态性能的了解
CSS-200/1P数据集中处理单元
4个100M以太网接口 键盘、鼠标、显示器接口 人机运行界面。 DC110/220V,AC220V 19英寸1U机箱 QNX实时多任务操作系统 核心程序在电子盘上运行 数据存储使用160G大容量
硬盘
CSS-200/1P数据集中处理单元
CSS-200/1G授时单元（已停产）
PMU子站培训课件
CSS-200系列 分布式同步相量测量装置
技术背景
• 应用的需求：
我国电力系统正在进行西电东送，全国联网 电网交直流混联，新能源并网，我国电网规模越 来越大,电网潮流的不确定性加大,互联电网稳定 性水平有下降的可能，所以，对电力系统信息采 集和运行状态的监视提出了更高的要求。
现有继电保护系统的不足
– 时间误差增加1ms，相位误差增加18度
1us
360度
＝0.018度
V1
V2
20ms
0
t
技术指标
同步相量测量的技术指标
技术规范, 《电力系统实时动态监测系统技术规范》
同步测量,同步对时误差不超过1µs（接入全站统一对时 的要求）
相量测量,幅度误差0.2％，角度误差不超过0.2度 频率测量,45－55Hz，误差不超过0.01Hz 动态记录,连续记录，最快100Hz数据存储 自动守时,GPS失锁60分钟，误差增大不超过55µs 实时通信,按照标准协议传送动态数
5. 低频振荡实时评估和预警 6. 电压稳定综合评估和预警
3. 并网机组调频调压能力评估
保护/故障录 4. 混合状态波估计
（响应时间）
0.001S
0.01S
0.1S
7. 广域保护、稳控和阻尼控制
故障分析
1S
10S
100S
1000S
内容提要
PMU简介 技术指标 产品组成 工程方案及实施 主子站通讯原则 运行与维护
机组辅助信号（4－20mA)：励磁电流、励磁电压、 汽门开度、水门开度、PSS（分组交换）输出、AGC（自 动增益控制）负荷指令等。
模拟量输入
同步相量处理流程
将输入变换为+-5V 的电压信号
技术背景
• 应用的需求：
我国电力系统正在进行西电东送，全国联网 电网交直流混联，新能源并网，我国电网规模越 来越大,电网潮流的不确定性加大,互联电网稳定 性水平有下降的可能，所以，对电力系统信息采 集和运行状态的监视提出了更高的要求。
现有继电保护系统的不足
– 时间误差增加1ms，相位误差增加18度
1us
360度
＝0.018度
V1
V2
20ms
0
t
技术指标
同步相量测量的技术指标
技术规范, 《电力系统实时动态监测系统技术规范》
同步测量,同步对时误差不超过1µs（接入全站统一对时 的要求）
相量测量,幅度误差0.2％，角度误差不超过0.2度 频率测量,45－55Hz，误差不超过0.01Hz 动态记录,连续记录，最快100Hz数据存储 自动守时,GPS失锁60分钟，误差增大不超过55µs 实时通信,按照标准协议传送动态数
5. 低频振荡实时评估和预警 6. 电压稳定综合评估和预警
3. 并网机组调频调压能力评估
保护/故障录 4. 混合状态波估计
（响应时间）
0.001S
0.01S
0.1S
7. 广域保护、稳控和阻尼控制
故障分析
1S
10S
100S
1000S
内容提要
PMU简介 技术指标 产品组成 工程方案及实施 主子站通讯原则 运行与维护
机组辅助信号（4－20mA)：励磁电流、励磁电压、 汽门开度、水门开度、PSS（分组交换）输出、AGC（自 动增益控制）负荷指令等。
模拟量输入
同步相量处理流程
将输入变换为+-5V 的电压信号
pmu子站培训-ppt课件
从常见的三相电压和三相电流信号中提取基 波成分，并用“幅值＋相位”的形式表示。
GPS（Global Positioning System）
GPS为全球卫星定位系统， 它利用24颗地球卫星向全球 广播精确的信号用于定位和 定时。
PPS是GPS发出的秒脉冲信 号，相邻PPS的间隔为1秒。 PPS的基本误差不超过±0.2 微秒。
WAMS-Wide Area Measurement System
PMU主要功能
同步采集和相量计算 发电机内电势测量 实时上传数据，支持与多个主站实时通信 稳态循环记录相量、功率、频率等数据； 动态短时记录支持多种触发方式； 支持数值浏览、波形复现、数据格式转换等
同步相量测量的基本原理
DSP
管理插件
将相量和模拟量采样 数据通过以太网输出
以太网
对初始相量进行算法补偿，消 除频率泄漏效应产生的误差
CSS-200/1P
相量数据实时上传主站
模拟量采样数据在扰动触发时 记录在硬盘上，等待主站召唤
相量数据在本地硬盘上 进行循环记录
调度主站
CSS-200/1A装置面板结 构
技术规范, 《电力系统实时动态监测系统技术规范》
同步测量,同步对时误差不超过1µs（接入全站统一对时 的要求）
相量测量,幅度误差0.2％，角度误差不超过0.2度 频率测量,45－55Hz，误差不超过0.01Hz 动态记录,连续记录，最快100Hz数据存储 自动守时,GPS失锁60分钟，误差增大不超过55µs 实时通信,按照标准协议传送动态数
同步对时
参考相对相角
构造基于GPS时钟信号的统一的f=50Hz的参考相量 计算相对参考相量的同步相量 同步相量的相角度相减，消去参考相角，得到相对相角
GPS（Global Positioning System）
GPS为全球卫星定位系统， 它利用24颗地球卫星向全球 广播精确的信号用于定位和 定时。
PPS是GPS发出的秒脉冲信 号，相邻PPS的间隔为1秒。 PPS的基本误差不超过±0.2 微秒。
WAMS-Wide Area Measurement System
PMU主要功能
同步采集和相量计算 发电机内电势测量 实时上传数据，支持与多个主站实时通信 稳态循环记录相量、功率、频率等数据； 动态短时记录支持多种触发方式； 支持数值浏览、波形复现、数据格式转换等
同步相量测量的基本原理
DSP
管理插件
将相量和模拟量采样 数据通过以太网输出
以太网
对初始相量进行算法补偿，消 除频率泄漏效应产生的误差
CSS-200/1P
相量数据实时上传主站
模拟量采样数据在扰动触发时 记录在硬盘上，等待主站召唤
相量数据在本地硬盘上 进行循环记录
调度主站
CSS-200/1A装置面板结 构
技术规范, 《电力系统实时动态监测系统技术规范》
同步测量,同步对时误差不超过1µs（接入全站统一对时 的要求）
相量测量,幅度误差0.2％，角度误差不超过0.2度 频率测量,45－55Hz，误差不超过0.01Hz 动态记录,连续记录，最快100Hz数据存储 自动守时,GPS失锁60分钟，误差增大不超过55µs 实时通信,按照标准协议传送动态数
同步对时
参考相对相角
构造基于GPS时钟信号的统一的f=50Hz的参考相量 计算相对参考相量的同步相量 同步相量的相角度相减，消去参考相角，得到相对相角
电力系统PMU构成及原理课件1
17
(2)测量发电机机端三相电压、三相电流、开关量、 转轴键相信号，通过计算可获得以下数据：
a. 机端A相电压同步相量Ua/Фua;
b. 机端B相电压同步相量Ub/Фub ；
c. 机端C相电压同步相量Uc/Фuc ；
d. 机端正序电压同步相量U1/Фu1 ；
e. 机端A相电流同步相量Ia/Фia ；
t=0 (1 PPS)
signal x(t)
0度
Vm
t=0 (1 PPS)
-90度
30
31
5、PMU与其他装置的测量不同
U Um * 2 *COS(2* * f *t u ) Um/u I Im * 2 *COS(2* * f *t i ) Um/i
A
A
1PPS
t
RTU U m 、I m、u－i
a. A相电压同步相量Ua/Фua; b. B相电压同步相量Ub/Фub ； c. C相电压同步相量Uc/Фuc ； d. 正序电压同步相量U1/Фu1 ； e. A相电流同步相量Ia/Фia ； f. B相电流同步相量Ib/Фib ； g. C相电流同步相量Ic/Фic ； h. 正序电流同步相量I1/Фi1 ； i. 开关量
U A* 2 *COS (2 * * f *t ) A /
2* * f *t
U为最大值的时间点为 tm(n)，（n=…,-2,-1,0,1,2,3,4,5,…）
t m (n) (2n 0 ) / 2f
当观察点为kT0时，根据同步相量定义计算出同步相量为:
s 2f (kT0 tm ) 2fkT0 2n 0 2 (kf nf0)T0 0
3
PMU国内外概况
4
国内外概况
应用背景1： 经济及电力发展的需求
(2)测量发电机机端三相电压、三相电流、开关量、 转轴键相信号，通过计算可获得以下数据：
a. 机端A相电压同步相量Ua/Фua;
b. 机端B相电压同步相量Ub/Фub ；
c. 机端C相电压同步相量Uc/Фuc ；
d. 机端正序电压同步相量U1/Фu1 ；
e. 机端A相电流同步相量Ia/Фia ；
t=0 (1 PPS)
signal x(t)
0度
Vm
t=0 (1 PPS)
-90度
30
31
5、PMU与其他装置的测量不同
U Um * 2 *COS(2* * f *t u ) Um/u I Im * 2 *COS(2* * f *t i ) Um/i
A
A
1PPS
t
RTU U m 、I m、u－i
a. A相电压同步相量Ua/Фua; b. B相电压同步相量Ub/Фub ； c. C相电压同步相量Uc/Фuc ； d. 正序电压同步相量U1/Фu1 ； e. A相电流同步相量Ia/Фia ； f. B相电流同步相量Ib/Фib ； g. C相电流同步相量Ic/Фic ； h. 正序电流同步相量I1/Фi1 ； i. 开关量
U A* 2 *COS (2 * * f *t ) A /
2* * f *t
U为最大值的时间点为 tm(n)，（n=…,-2,-1,0,1,2,3,4,5,…）
t m (n) (2n 0 ) / 2f
当观察点为kT0时，根据同步相量定义计算出同步相量为:
s 2f (kT0 tm ) 2fkT0 2n 0 2 (kf nf0)T0 0
3
PMU国内外概况
4
国内外概况
应用背景1： 经济及电力发展的需求
PMU子站培训120页PPT
我国WAMS记录的重大电网事件
• 2019年3月东北电网第一次大扰动试验 • 2019年3月东北电网第二次大扰动试验 • 2019年9月1日华北蒙西低频振荡 • 2019年10月29日华中三峡低频振荡 • 2019年7月1日华中解列 • 2019年8月29日云南振荡 • 2019年2月26日广西低频振荡 • 2019年4月西北电网大扰动试验
相位/相角
相量的概念
相量：
是指平面定位矢量。相量的角度，也称相量的相位, 是矢量与X轴正向的夹角（角度范围-180 °到+180°） 相量的大小，称为相量的幅值，等于矢量的模 1/ 2
Y
V
φ
X
同步相量测量的基本原理
相量：幅值+相角 x(t) 2Xcost()
• 相量相角与时间参考点(t=0)的选取有关，同一个 信号在不同的时间参考系下，对应的相角值是不 同的
同步相量采集单元 CSS-200/1A
同步相量采集单元 CSS-200/1A
GPS授时信号
时间同步装置 CSC-196
内电势测量装置 CSFU-107
…… 采集单元可以灵活扩展
CSS-200/1P
数据集中 可接入站内多个CSS-200/1A 、CSFU-107装置
数据传输 上传速率可选，一般为25、50、100Hz 遵循“电力系统动态监测系统技术规范”的要求设 计
与四方公司保护装置兼容的硬件平台，各插件为独 立的模块化设计 .
利用光纤口接收GPS信号，支持电/光100M以太网通 信.
对所有模拟量通道进行绝对同步的等间隔采样，内 置高性能DSP芯片，实现相量的实时计算 .
机箱为4U、19英寸标准尺寸，嵌入式、后接线安装 方式 .
同步相量测量装置PMU构成及原理讲座 ppt课件
a. A相电压同步相量Ua/Фua； b. B相电压同步相量Ub/Фub ； c. C相电压同步相量Uc/Фuc ； d. 正序电压同步相量U1/Фu1 ； e. A相电流同步相量Ia/Фia ； f. B相电流同步相量Ib/Фib ； g. C相电流同步相量Ic/Фic ； h. 正序电流同步相量I1/Фi1 ； i. 开关量
6
国内外概况
应用背景1： 经济及电力发展的需求
1) 全球经济一体化；能源分布和经济发展的不平衡;电网 互联运行的巨大效益使大电网互联、跨国联网输电 的趋势不断发展。
2) 电网互联产生电网稳定运行问题日益突出,提出构建 WAMS系统（Wide Area Measurement System）． 目前国内大多数将其作为除保护／安控装置外的第三道 防线;
四方
（CSS-200）
南瑞
（SMU-1）
14
国内外概况
PMU设计思路比较
功能实现方式
相量测量+故障录波（多） 相量测量+电能质量（多） 相量测量+继电保护（多) 相量测量+RTU （少）
硬件设计方式
嵌入式采集（可靠性高）（多）
计算机插板（可靠性受制于计算机及WIN软件）（少）
通信实现方式
RS232
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
内容介绍
1. PMU国内外概况 2. PMU主要功能 3. PMU工作原理 4. PMU关键技术 5. PMU应用介绍 6. PMU测试介绍 7. 问题讨论
5
PMU国内外概况
d22**d f2**(ff0)
dt
6
国内外概况
应用背景1： 经济及电力发展的需求
1) 全球经济一体化；能源分布和经济发展的不平衡;电网 互联运行的巨大效益使大电网互联、跨国联网输电 的趋势不断发展。
2) 电网互联产生电网稳定运行问题日益突出,提出构建 WAMS系统（Wide Area Measurement System）． 目前国内大多数将其作为除保护／安控装置外的第三道 防线;
四方
（CSS-200）
南瑞
（SMU-1）
14
国内外概况
PMU设计思路比较
功能实现方式
相量测量+故障录波（多） 相量测量+电能质量（多） 相量测量+继电保护（多) 相量测量+RTU （少）
硬件设计方式
嵌入式采集（可靠性高）（多）
计算机插板（可靠性受制于计算机及WIN软件）（少）
通信实现方式
RS232
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
内容介绍
1. PMU国内外概况 2. PMU主要功能 3. PMU工作原理 4. PMU关键技术 5. PMU应用介绍 6. PMU测试介绍 7. 问题讨论
5
PMU国内外概况
d22**d f2**(ff0)
dt
PMU检测装置介绍
20世纪90年代初,基于全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的相量测量单元(Phasor Measurement Unit,PMU)的成功研制,标志着同步相量(synchrophasor)技术的诞生。
然而由于当时商业GPS技术条件的限制以及缺少高速通信的网络,PMU直到最近几年才在电力系统中的广泛应用PMU(phasor measurement unit 相量测量装置 ) 是利用 GPS 秒脉冲作为同步时钟构成的相量测量单元 , 可用来测量电力系统在暂态过程中各节点的电压向量，已被广泛应用于电力系统的动态监测、状态估计、系统保护、区域稳定控制、系统分析和预测等领域，是保障电网安全运行的重要设备。
在电力系统重要的变电站和发电厂安装同步相量测量装置（PMU），构建电力系统实时动态监测系统，并通过调度中心分析中心站实现对电力系统动态过程的监测和分析。
该系统将成为电力系统调度中心的动态实时数据平台的主要数据源，并逐步与SCADA/EMS系统及安全自动控制系统相结合，以加强对电力系统动态安全稳定的监控。
PMU 子站系统上传数据有：发电机功角、内电势、机端三相基波电压相量、机端基波正序电压相量、机端三相基波电流相量、机端基波正序电流相量、有功功率、无功功率、励磁电流、励磁电压、转子转速。
以SCADA/EMS为代表的调度监测系统是在潮流水平上的电力系统稳态行为监测系统，缺点是不能监测和辨识电力系统的动态行为。
部分带有同步定时的故障录波装置由于缺少相量算法和必要的通信联系，也无法实时观测和监督电力系统的动态行为。
随着“西电东送、全国联网”工程的建设，我国电网互联规模越来越大，电网调度部门迫切需要一种实时反映大电网动态行为的监测手段。
为大力推进建设电网动态安全监测预警系统。
即整合能量管理（EMS）、离线方式计算广域相量测量等系统，实现在线安全分析和安全预警，先期在国家电力调度通信中心组织实施，并逐步推广到网省调，以提高互联电网的安全稳定水平，有效预防电网事故，构筑电网安全防御体系。
PMU同步向量测量装置在国内使用现状PPT教案
现场
故障
运行管 处理
理
数据 备份
第7页/共10页
统计评价
PMU装置投运率
主要指标
动态数据可用 率
第8页/共10页
GPS时钟可用 率
谢 谢！
第9页/共10页
总装机容量500MW及以上电厂
单机容量300MW及以上电厂
地区小水电容量超过200MW的 220kV变电站
稳定问题突出的发电厂、变电 站
第5页/共10页
技术要求
技术要求
实时监 测功能
暂态数据 记录功能
时钟同步
电源要求
动态数据 记录功能
网络接口
二次安 全防护
第6页/共10页
运行管理
现场 规程
技术 档案
C
C
黔北电厂 纳雍一厂
S
S
S
S
S
黔西电厂 大方电厂 安顺电厂 大龙电厂 东风电厂
S
金州变
S
S
S
施秉变 野马寨电厂 洪家渡电厂
S
福泉变
S
铜仁变
S
S
S
松桃变 纳雍二厂 盘县电厂
湾潭变 金沙电厂 索风营电厂 秀山变
S
S
S
P
习水电厂 思林电厂 玉屏变 毕节热电厂
C
CSS-200C装置（北京四方）
截至2009年已投运装置
PMU同步向量测量装置在国内使用现状
会计学
1
PMU现状
基本要求
满足电网稳定 监视、分析、 预警、和决策 的要求
保证电网“广 域测量系统” 安全、可靠运 行，为电网提 供准确的动态 数据和故障信 息
第1页/共10页
PMU现状
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M PC5200
DSP 插件
1401 变送器插件
1522
开入
1522
开入
1522
开入
1522
开出
#3,#4机组录波 功角测量单元
PCS-996B
100M以太网交换机 RCS9883
#5，#6机组录波及 功角测量单元
PCS-996B
#3,#4机组控制室
#5,#6机组控制室
PMU分析主站
路由器 交换机
GPS单元 RCS-9785C
PMU的主要功能
一、实时监测功能
a、 装置应具备同时向主站传送实时监测数据的能力。 b、 装置应能接受多个主站的召唤命令，传送部分或全部测量通道的实时
监测数据。 c、 装置实时监测数据的输出速率应可以整定，在电网正常运行期间应具
有多种可选输出速率，但最低输出速率不低于1次/秒。在电网故障或特 定事件期间，装置应具备按照最高或设定记录速率进行数据输出的能力。 d、 装置实时监测数据的输出时延（相量时标与数据输出时刻之时间差） 应不大于30ms。
二、实时记录功能
a、 装置应能实时记录全部测量通道的相量数据。 b、 装置实时记录数据的最高速率应不低于100次/秒，并具有多种可选记
录速率。 c、 装置实时记录数据的保存时间应不少于14天。 d、当电力系统发生频率越限、频率变化率越限、相电压越限、正序电压越
限、相电流越限、正序电流越限、线路低频振荡、相角差越限等事件时， 装置应能建立事件标识，以方便用户获取事件发生时段的实时记录数据。 e、当装置监测到继电保护或/和安全自动装置跳闸输出信号（空接点）或 接到手动记录命令时应建立事件标识，以方便用户获取对应时段的实时 记录数据。 f、 当同步时钟信号丢失、异常以及同步时钟信号恢复正常时， 装置应建 立事件标识。
开入
1522
开入
1522
开入
1522
开出
主控室
工控机
键盘
同轴电缆标志 光纤线标志 双绞线标志
GPS时钟信号
GPS卫星天线
GPS卫星
PMU典型配置
PMU测量硬件
以太网输出
时 板上时钟
钟 外部GPS 模 内部GPS 块 电缆1PPS
光纤1PPS
主CPU ＋ DSP
显示／键盘
交流电流／电压 开关量信号 发电机转轴信号 4-20 mA 信号
PMU硬件结构框图
同步信号发生 器
GPS接 收模块
交流输入
电压、电 流互感器
低通滤 波器
A/D 转换器
频率跟 踪器
存储器单 元
微处理器
通讯模块
PMU主要信号
装置的输入信号有：
１）线路电压、线路电流信号的输入（监控CT)； ２）开关量信号的输入； ３）发电机轴位置脉冲的输入，可以是鉴相信号或转速
信号； ４）用于励磁、AGC等的4-20mA控制信号； ５）GPS标准时间信号；
PMU
PMU在动态监测系统中的地位
主站（分析中心站）
主站
子站 / 数据集中器
PMU
PMU
………
子站 / 数据集中器
PMU
PMU
电力系统实时动态监测系统结构体系图
GPS卫星
电力系统动态安全分析工作站
GPS卫星天线 WAN
防火墙
LAN WEB服务器 数据库服务器
前置机
EMS系 统
网关
SCADA 系统
PMU主要软件模块
１）GPS授时信号处理模块； ２）模拟量信号采集处理模块； ３）开关量信号采集处理模块； ４）发电机内电势信号采集处理模块； ５）数据转换模块（如：将三相电压转换成
正序量传送）； ６）通信模块； ７）扰动录波模块； ８）控制输出模块（输出4-20mA控制信号）；
PMU构成单元及配置
SCADA /WAMS
5、PMU-G
机端电压电流
轴脉冲(鉴相/转速)
GPS
状态接点
发
电压电流同步相量
电
机
内电势同步相量
测
量
发电机功角
1G
实时UIPQ数据
SCADA /WAMS
1、6路模拟量（1条线路）
2、4路4－20mA输入
3、1路键相脉冲
1、系统结构
PMU-M PMU-G PMU-G PMU-G
FTP故障文件
103定值
1344相量
PMU-CS
主站
PMU-P
2、单元组成
• GPS授时／守时单元 PMU-GPS
• 线路测量装置
PMU-M
• 发电机测量装置 PMU-G
• 通信管理单元
PMU-CS
• 就地分析子站
PMU-P
3、PMU-GPS
数据集中器
2回500KV线路相量 测量及录波单元 PCS-996A
100M以太网交换机 RCS9883
100M光交换机 RCS9881
光纤线标志
电源
1101 1121
MPC5200
DSP 插件
1401 变送器插件
1401
1101 1121
变送器插件
M PC5200
DSP 插件
1401 变送器插件
1522
装置的输出信号有：
１）用于中央信号的告警信号输出； ２）用于通信用的10/100M以太网及RS232接口
（采用IEEE std 1344通信标准）； ３）用于控制用的4-20mA输出；
PMU测量软件
GPS信号处理
模拟量采集 发电机内电势采集 开关量采集 4-20mA采集
扰动录波 相量计算及转换
通信模块 控制输出
LAN 分析中心站
分析工作站 数据库服务器 数据集中器
WAN LAN 数据集中器 LAN
EMS系统
SCADA 系统
LAN 分析中心站
分析工作站 数据库服务器 数据集中器
WAN LAN
PMU单 LAN 元
EMS系统 SCADA 系统
PMU单 元
电力系统同步相量测量系统总体结构
PMU关键技术
1、同步采样技术； 2、定点采样下的频率跟踪技术； 3、高速稳定的通讯技术； 4、基于标准时钟信号的同步相量测量； 5、失去标准时钟信号的守时能力； 6、PMU与主站之间能实时通信并遵循有关通信协议。
电源
1101 1121
MPC5200
DSP 插件
1401 变送器插件
1401
1101 1121
变送器插件
M PC5200
DSP 插件
1401 变送器插
1522
开入
1522
开出
电源
1101 1121
MPC5200
DSP 插件
1401 变送器插件
1401
1101 1121
变送器插件
天 线
输入信号
GPS模块
守 时 模 块
时时 间间 控分 制配 单单 元元
光纤信号 串行口信号
1、天线的长度可为30／50／100／1km 2、输出接口不够时可通过输入信号进行级联
4、PMU-M
GPS
同
PT
线 路
步 相
CT
测 量
量
状 态 接
装 置 1M
实 时 数 据
点
1、n*6 模拟量（n=线路） 2、n*16 开关量（n=线路）