PMU同步相量测量系统简介
电网同步相量测量装置(PMU)
２ ０ １ ４，Ｖｏ ｌ ，１ ７，Ｎｏ ． ２
贵 州电力技术
ＧＵＩ Ｚ ＨＯＵ ＥＬ ＥＣＴ ＲＩ Ｃ ＰＯＷ ＥＲ Ｔ ＥＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
农 电技术
Ｒ ｕ ｒ ａ ｌ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ
＼
ｍ
／
＼
图
／
（ ３ ） 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 。
２ ． ３ 广 域启 动或 扰动启 动 录波
系 统 组 成
２ 功 能
２ ． １ 同步相量 测量
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 Ａ Ｎ Ｓ Ｉ ／ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｐ Ｃ ３ ７ ．１ １ １— １ ９ ９ １
・
装置根据通信规约将 同步相量数据传输 到主 站， 传输的通道根据实 际情况而定 ， 如： ２ Ｍ ／ １ ０ Ｍ ／
１ ０ ０ Ｍ ／ ６ ４ Ｋ ／ Ｍｏ ｄ ｅ ｍ等， 传 输 通 信 链 路 一 般 采 用
ＴＣＰ ／Ｉ Ｐ。
２ ． ６ 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 、 Ａ ＧＣ系 统、 电 厂监 控 系 统 等 进 行 数 据 交 换 。做 存 储 暂 态
电 网 同步 相量 测 量 装 置 （ Ｐ ＭＵ）
彭 洪进
（ 遵 义供 电局 ， 贵州 遵义 ５ ６ ３ ０ ０ ０ ）
摘
要： 在 发 电厂和 变 电站 安装 相 量测 量单元 （ Ｐ ｈ ａ ｓ ｏ ｒ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ Ｕ ｎ ｉ ｔ ｓ ， Ｐ ＭＵ） ， 它将 带时标 的 相 量数 据打 包
PMU同步相量测量装置原理及维护
PMU同步相量测量装置原理及维护
理论介绍
1、同步相量测量装置原理
同步相量测量装置（Synchronous Phase Measuring Unit，简称PMU）是一种用于测量电力系统中的同步量及相关量的设备，是电力系统原始信
息的采集、实时监测、回馈给其他设备的重要手段。
PMU具有较高的测量
精度、快速响应时间、不需要电源网络等优点，能够完成非常快速、非常
准确的同步相量测量。
典型的PMU结构由模拟采集部分、数字处理部分和通信接口部分组成。
模拟采集部分主要由相位测量单元、电压测量单元和电压开关量采集单元
组成，该部分主要负责采集大范围内的同步相量和电压开关量，并将其转
换为数字信号。
数字处理部分主要由数据处理模块、时间频控模块和状态
提取模块组成，其中包括电压及功率的计算、数据处理和数据转发等功能。
PMU还具有极好的通讯能力，可以将采集的数据通过以太网、GPRS等方式
传输到相应的监控系统中，从而使监控系统能够更准确的判断电力系统的
状态。
2、PMU维护
（1）保持良好的PMU机柜内环境：PMU机柜内要保持良好的环境，
保持适当的温度和湿度，确保机柜内空气流通。
（2）检查数字量输入：通过检查数字量输入，确保机柜内模拟采集
系统的正确运行。
PMU基本介绍专业知识讲座
PMU功能应用
1、同步相量测量
(1)测量线路三相电压、三相电流、开关量，计算取得：
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
３、就地数据管理及显示 (1)装置旳参数本地整定； (2)装置旳测量数据能够在计算机界面上显示出来
PMU功能应用
4、扰动数据统计 (1)具有暂态录波功能。用于统计瞬时采样旳数据旳输出格式符合 ANSI/IEEE PC37.111-1991（COMTRADE）旳要求； (2)具有全域开启命令旳发送和接受，以统计特定旳系统扰动数据； (3)能够以IEC60870-5-103或FTP旳方式和主站互换定值及故障数据；
蒋文凭 相量测量单元PMU的工作原理
2V1
GPS
2V2
1PPS
1PPS
O
V1
O
V1 V2
O
V2
图1. 同步相量测量原理图
二、PMU工作原理
PMU工作原理试从以下五个方 面来讲： • • • • • 同步相量及计算 PMU测量硬件 PMU PMU测量模块 PMU构成单元及配置 PMU安装及通信模式
A1//t
主站
图2. PMU工作原理图
SMU-1U-1P
图8.安装及通信模式图 通信实现方式： 1. RS232 (少）
2. 10/100M以太网（多）
谢谢您的观看！
(因本人水平有限，不当之处，还请老师谅解）
V=|V| = Vr + jVi
θ
Vr 实 部
图3.相量测量的基本原理图
2. 相量测量及计算
图4. 相量测量及计算全过程图
3. PMU测量硬件
PMU测量硬件：
图5. PMU测量硬件图
4. PMU测量模块
• 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）；
349757880qqcom华东交通大学电气与电子工程学院11级电力系统班一概述同步相量测量pmu是利用高精度的gps卫星同步时钟实现对电网母线电压和线路电流相量的同步测量通过通信系统传送到电网的控制中心或保护控制器中用于实现全网运行监测控制或实现区域保护和控制
相量测量单元PMU的工作原理 主讲人：蒋文凭
pmu基本架构
pmu基本架构PMU基本架构随着电力系统的不断发展和智能化的推进，电力监测和保护技术也得到了很大的发展。
其中，PMU（Phasor Measurement Unit，相量测量单元）作为电力系统监测和保护的重要组成部分，其基本架构至关重要。
一、PMU的定义和作用PMU是一种用于测量电力系统中电压和电流的相位和幅值信息的设备。
通过测量电压和电流的相位和幅值，PMU可以提供电力系统的动态状态信息，如频率、相位角、功率等，从而实现对电力系统的实时监测和保护。
二、PMU的基本组成1. 传感器：传感器是PMU的核心部件，用于测量电力系统中的电压和电流信号。
传感器通常采用电流互感器和电压互感器来实现，通过对电流和电压信号的测量，可以获取电力系统的相位和幅值信息。
2. 采样和量化电路：采样和量化电路用于对传感器测量到的电压和电流信号进行采样和量化处理。
采样和量化电路通常采用高速ADC （Analog-to-Digital Converter）来实现，可以将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
3. 数据处理单元：数据处理单元是PMU的核心部件，用于对采样和量化电路获取到的数字信号进行处理和计算。
数据处理单元通常采用高性能的数字信号处理器（DSP）或者现场可编程门阵列（FPGA）来实现，可以实时处理和计算电力系统的相位和幅值信息。
4. 通信接口：通信接口用于将处理得到的电力系统状态信息传输给上位系统或其他设备进行进一步的分析和处理。
通信接口通常采用以太网接口或串口接口来实现，可以实现与其他设备的数据交互和通信。
三、PMU的工作原理PMU的工作原理主要包括采集、处理和传输三个步骤。
首先，传感器测量电力系统中的电压和电流信号，并将其转换为模拟电压和电流信号。
然后，采样和量化电路对传感器输出的模拟信号进行采样和量化处理，得到数字信号。
最后，数据处理单元对采样和量化得到的数字信号进行处理和计算，得到电力系统的相位和幅值信息，并通过通信接口将其传输给上位系统或其他设备。
广域同步相量测量(PMU) 精品
广域同步相量测量技术研究的历史
国外WAMS研究
国内WAMS研究
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
美国8.14事故 中国10.29振荡 7.1事故 中国11.07 振荡
华北电力大学
North China Electric Power University
提纲
广域同步相量测量技术
华北电力大学 North China Electric Power University
《动态电力系统理论与方法》之三
广域同步相量测量技术及其应用
参考书目 《Synchronized Phasor Measurements and Their Applications》, A. Phadke and J. Thorp
– 状态估计中的应用 – 低频振荡识别及阻尼控制中的应用 – 在保护控制中的应用
华北电力大学
North China Electric Power University
广域同步相量测量技术的发展历史
1988年前后，美国Virginia University 的A.G Phadke 为代表学者提出同步相量测量算法，并开发了最早 的同步相量测量装置。
广域测量系统基本组成 (Wide Area Measurement System) 2 数据中心站（调度中心）
调度通信网
GPS
3
GPS
1
相量测量单元 PMU(变电站）
变电站 A
相量测量单元 PMU（发电厂）
变电站 B
同步性 快速性
不同位置
华北电力大学
North China Electric Power University
PMU简述、系统组成及装置功能介绍、通讯与路由、运行与维护
内容提要
PMU简述 系统组成及装置功能介绍 通讯与路由 运行与维护
PMU简介
术语和定义
• 同步相量 synchrophasor：以标准时间信号 作为采样过程的基准，通过对采样数据计算 而得的相量称为同步相量。因而，各个节点 的相量之间存在着确定统一的相位关系。
• 相量测量装置 phasor measurement unit (PMU) ：用于进行同步相量的测量和输出以 及进行动态记录的装置。PMU的核心特征包括 基于标准时钟信号的同步相量测量、失去标 准时钟信号的守时能力、PMU与主站之间能够 实时通信并遵循有关通信协议。
AC12U AC9I
6SF.004.261Z.123 6SF.004.261Z.112
输入12路独立电压（不 接入母线等元件，测量相电
共N点）
压或线电压
输入9路独立电流
与AC12U配合，接入线路等 元件
计算插件
配置：三个（ 2电、1光）独立的 以太网口，可选配500G硬盘。
用途：接入WAMS主站，本地动态 数据存储。
CSD-361A主机单元
交流插件
型号
图号
AC6U6I(a) 6SF.004.261Z.111
AC6U6I(b) 6SF.004.261Z.121
技术参数
用途
输入6路电压（共N点）、接入线路、变压器等元件，
6路独立电流
仅测量相电压
输入6路独立电压（不 接入线路、变压器等元件， 共N点）、6路独立电流 测量相电压或线电压
开入插件
I型开入：配置24路开入，带 启动闭锁继电器，每个机箱 中只可配置1块。
II型开入：配置28路开入回路 。
用法：无特殊需求时，PMU仅 使用II型开入。
同步相量测量pmu作用
同步相量测量pmu作用
同步相量测量装置（PMU）是一种利用全球定位系统（GPS）秒脉冲作为
同步时钟构成的相量测量单元。
它可以测量电力系统枢纽点的电压相位、电流相位等相量数据，并通过通信网络将这些数据传输到监测主站。
PMU在电力系统的动态监测、系统保护和系统分析和预测等领域中发挥着
重要作用。
在遭遇系统扰动时，PMU可以帮助监测主站确定系统如何解列、切机及切负荷，防止事故的进一步扩大甚至电网崩溃。
此外，PMU还可用
于电力系统状态估计与动态监视、稳定预测与控制、模型验证、继电保护和故障定位等方面。
目前，世界范围内已安装使用数百台PMU。
这些装置的应用证明了同步相
量测量技术在保障电网安全运行中的重要性和有效性。
如需了解更多关于PMU的信息，建议咨询专业人士或查阅相关文献资料。
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
分布式同步相量测量装置
分布式同步相量测量装置概述分布式同步相量测量装置（Distributed Synchronized Phasor Measurement Unit，简称DS-PMU）是一种可以实现对电力系统进行实时监测和定位故障的高精度装置。
DS-PMU采用了分布式的方式，可以同时对多个节点进行测量，获得更加全面的监测数据。
该装置依据卫星同步技术进行精确时钟同步，实现测量值的同步。
原理DS-PMU主要由测量单元、数据采集单元、数据传输单元和控制单元四个模块组成。
其中，测量单元用于对电压、电流等数据进行测量和处理；数据采集单元用于对测量数据进行采集和处理；数据传输单元用于将采集到的数据传输到控制单元；控制单元用于对测量数据进行处理和分析，并根据需要进行控制命令的下发。
DS-PMU采用相量测量技术，通过对电压和电流进行同时测量，并通过相量变换计算出电网中的相量参数，如电压、电流、相位、频率等。
相量测量不仅能够实现相位和频率的测量，还可以通过相量拟合等算法实现对电压稳态和暂态过程的监测。
DS-PMU还可以通过将多个相量合成一个全系统相量的方式，获得电力系统的全面监测数据，从而实现对电力系统的稳定性、安全性和可靠性的全面监测。
特点•高精度：DS-PMU采用了高精度的相量测量技术，可以实现相位和频率的高精度测量，并通过相量拟合算法实现对电力系统的全面监测。
•大容量：DS-PMU可以同时对多个节点进行测量，多个节点测量数据可以合成一个全系统相量，获得电力系统的全面监测数据，容量可达数百M/s，可以满足大规模电网监测需求。
•高可靠性：DS-PMU采用了精确时钟同步技术，实现了多节点数据同步，能够解决测量数据相位一致性问题，提高了数据采集和处理的可靠性。
•分布式：DS-PMU采用分布式的方式进行测量，可以在电力系统的多个节点进行测量，获得更加全面的监测数据，提高了监测的准确性。
•智能化：DS-PMU采用了先进的数据处理技术，可以对监测数据进行实时处理和分析，根据需要进行控制命令的下发，实现对电力系统的智能监测和控制。
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。
PMU介绍
导航星全球定位系统是卫星无线电导航定位系 统的一种 20 世纪70 年代初，美军继“子午仪”卫星导 航系统之后，开始进行新一代卫星无线电导航 系统GPS 的研制 其间经历了四个阶段：
方案论证阶段(1973～1979 年) 工程研制试验阶段(1980～1985年) 试运行阶段(1986～1990 年) 完善与应用阶段(1991～1995 年)
t3
100ms<t3<600ms (实测结果)
计算原理
电压电流瞬时值：v a ,b ,c、ia ,b ,c
ɺ V =
N −1 2 N −1 − jkθ 2 N −1 ∑ vk e = N (∑ vk cos kθ − j ∑ vk sin kθ ) N k =0 k =0 k =0
三相相量
Vabc Iabc
1PPS 10KHz
GPS 接收器 时间标记
电压电流 (数字信号)
处理器
高速通信网络
电压电流 (幅值相角) 功率，功角
测量装置外观
GPS接收板结构图
29MHz RF MONOPAC 差分GPS 数据 2#串口 1#串口 1PPS 10KHz 外部主 接口 定时参 照信号 RTC 32KHz SRAM ROM+ 串行 EEPROM
GPS系统的局限性及对策
美国对GPS工作卫星的民用信号施加了诸 如选择性干扰（SA技术）之类的干扰措 施，降低了GPS的精度
差分GPS可以在很大程度上克服干扰措施对精 度的影响。（差分导航指某一用户设备通过数据传
输线路相对于另一坐标已知的用户设备的导航）
随着冷战的结束，美国为了促进GPS民用，将 逐步减少干扰措施 美国的各种干扰政策主要针对定位导航功能实 施的，对定时精度基本没有影响
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的原理应用及发展前景
PMU的原理应用及发展前景概述相位测量单元（PMU）是一种用于精确测量电力系统中电压和电流相位的设备。
它通过在不同位置安装的多个传感器进行同步测量，将数据传输到监控中心，从而实现对电力系统的监控和控制。
本文将介绍PMU的原理、应用以及发展前景。
原理PMU的基本原理是利用电力系统中的多个位置安装的传感器进行同步测量。
这些传感器测量电压和电流的相位，并将数据传输到监控中心。
PMU通过将这些数据进行时间戳同步，可以实现对电力系统中各个点的相位测量。
应用监控和控制PMU的主要应用之一是用于电力系统的监控和控制。
通过使用多个PMU在电力系统中的不同位置进行相位测量，可以实时获得电力系统的状态信息。
这些信息包括相位角、频率、功率等，可以帮助运营商监控系统的运行状况，并进行合理的控制策略。
故障检测和定位PMU在电力系统中的多点测量可以帮助运营商及时检测到电力系统中的故障并进行定位。
当系统中出现故障时，PMU可以实时监测故障点周围的相位变化，以定位故障点，进一步提高电力系统的可靠性和稳定性。
功率系统稳定分析PMU可以提供电力系统中各个点的相位角和频率等信息，这些信息对于功率系统稳定分析非常重要。
运营商可以利用PMU提供的数据进行电力系统稳定性分析，评估系统的运行状况，并根据需要进行调整，从而保证系统的稳定性。
发展前景随着电力系统的规模不断扩大和智能化程度的提高，PMU在电力系统中的应用前景日益广阔。
以下是PMU的发展前景的一些方面：实时数据分析随着云计算和大数据技术的不断发展，运营商可以利用PMU提供的实时数据进行更加精确和全面的电力系统分析。
通过将PMU数据与其他数据源进行整合，可以提供更准确的预测和运行策略，从而进一步提高电力系统的效率和可靠性。
高精度传感技术随着技术的不断进步，PMU的传感器将越来越小巧、精确和可靠。
高精度传感技术的发展将帮助提高PMU数据的准确性和稳定性，从而进一步提高电力系统的监控和控制效果。
PMU相量测量装置简介
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
同
P
T
C
T
GP
状
S
态
接
点
线 路 测 量 装 置 1 M
步
相
量
SCA
实
DA/
时
WA
数
MS
据
1、n*6 模拟量（n=线路） 2、n*16 开关量（n=线路）
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
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硬件结构框图
同步信号发生 器
GPS接 收模块
同步相量测量装置(PMU)构成及原理讲座参考文档
6
WAMS技术发展状况
国内外概况
主站
通信 子站
7
1）高速计算机及数据管理： （1）单一计算机的计算速度大幅度提高 （2）并行计算技术 （3）数据库管理技术（PI数据库） （4）1G网络传输 （5）海量存储器
2）高精度GPS （1）GPS模块本身的时间精度达到0.1us （2）各个厂商的守时技术达到50us/2-10小时
发电机键相测量
无
有
14
PMU主要参考文件
国内外概况
1、IEEE std 1344 （1995） 2、EPRI：PC37.118 3、电力系统实时动态监测系统技术规范(送审中） 4、行业检测标准（制定中）
15
PMU主要功能
16
1、同步相量测量 (1)测量变电站每条线路三相电压、三相电流、开关 量，通过计算获得：
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
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;
0+3/8 0 1+3/8 1 2+3/8 2 3+3/8 3 4+3/8 4 5+3/8 5 6+3/8 6 7+3/8 7
pmu的原理及在电厂的应用
PMU的原理及在电厂的应用1. 什么是PMU？PMU（Phasor Measurement Unit），中文译为相量测量单元，是一种用于精确测量电力系统中电压、电流的相位和幅值，并实时输出相量信息的设备。
PMU可以实时采集电力系统中各个节点的相量数据，通过 GPS 时间同步，将数据传输到监控中心，为电力系统的运行控制和故障分析提供准确的数据支持。
2. PMU的原理PMU的原理基于同步采样，即通过GPS全球定位系统来实现对各个节点的时间同步采样。
PMU通过高速ADC（模数转换器）对电压和电流进行同步采样，采样速度可达每秒数万次。
通过对采样数据进行数字信号处理，可以得到电压和电流的相位和幅值信息。
3. PMU在电厂的应用3.1 电网监测与风险预警在电厂的应用中，PMU主要用于电网监测与风险预警。
通过实时采集电网各个节点的相量信息，可以对电网的运行状态进行监测和分析。
当电网中出现异常情况时，例如电压异常、频率异常等，PMU可以及时发出警报，提醒运维人员进行相应的处理，以防止事故的发生。
3.2 故障定位与故障分析PMU在电厂中还可以用于故障定位与故障分析。
当电网发生故障时，PMU可以提供准确的相量数据，通过对数据的分析，可以定位故障发生的位置和原因，为事故处理提供指导和依据。
3.3 电力系统稳定性分析PMU可以帮助电厂进行电力系统稳定性分析。
通过实时采集电网中各个节点的相量数据，可以绘制电压和频率的波形图，分析电力系统的稳定性。
当电力系统发生不稳定情况时，PMU可以及时提供数据，并通过指标分析判断系统的稳定性状况，以便进行相应的调控。
3.4 电网规划和优化PMU还可以在电网规划和优化方面发挥作用。
通过对电网中各个节点的相量数据进行分析，可以评估电网的可靠性和容量，为电网的规划和优化提供数据支持。
此外，PMU还可以用于评估分布式能源的接入对电网稳定性的影响，帮助电厂制定合适的发展策略。
4. 小结PMU作为一种相量测量单元，可以实时采集电力系统中电压和电流的相位和幅值信息，并通过GPS时间同步传输数据到监控中心。
浅谈同步相量测量装置PMU
浅谈同步相量测量装置PMU随着中国电力系统的快速发展，对电网动态安全监测提出了更高的要求。
电网广域测量系统（WAMS）作为一种新型、有效的监测系统，通过同步采集相量数据为电网监测技术提供了新方向。
同步相量测量装置（PMU）是广域测量系统的基础单元，其测量的精确性和实时性是直接影响到电力系统动态监视与分析、继电保护等高级应用的重要因素。
本文介绍了同步相量测量装置的结构原理，以及相关的几种同步方法、频率跟踪方法和同步相量测量算法，并对其各自的优缺点进行分析。
标签：电网动态安全监测；广域测量系统；同步相量测量装置1 引言电力是现代社会经济发展和日常生活不可或缺的一种能源。
自美国加拿大发生史上最严重的大停电，世界各地相继曝出大规模停电事故，其给社会和居民生活造成难以估计的损失。
同时，电网的安全可靠运行愈发引起了各国的重视，对于电网安全监测技术的要求也随之提高。
广域测量系统（WAMS）是一种新型的电网监控系统，主要用于监测电力系统动态运行情况。
相较于传统的SCADA系统，WAMS通过GPS统一授时，为电网内不同测量点提供同步参考时标并进行相量数据的同步采集，从而实现电网运行动态监视[1，2]。
同步相量测量装置PMU是WAMS的基本单元，是用于进行同步相量的测量和输出以及进行动态记录的装置，利用PMU可改善对系统稳态情况的监测性能和进行状态估计。
PMU的核心特征包括基于标准时钟信号的同步相量测量、失去标准时钟的守时能力、PMU与主站之间能够实时通信并遵循有关通信协议。
2 同步相量测量装置的技术原理PMU通过传感器采集电力信号，经滤波器滤除谐波干扰，GPS模块产生秒脉冲（PPS，即每秒1个脉冲），和频率跟踪与测量环节合成异地同步采样脉冲序列，AD转换器接收到采用脉冲后触发模数转换，在微处理器中进行数据计算处理并定上时钟标刻，发送至数据中心。
PMU测量信号的处理分别包括异地同步、频率跟踪测量和同步相量测量。
异地同步方法有选取数据窗的起始、中间或末尾作为同步时标三种。
同步相量测量装置
同步相量测量装置1. 引言同步相量测量装置（Synchronized Phasor Measurement Unit，简称PMU）是一种广泛应用于电力系统中的高精度电气测量设备。
它能够通过对电力系统中各个节点上电压和电流进行高精度测量，实时获取电力系统状态，并提供准确的相量数据。
在电力系统的监控、保护和控制方面具有非常重要的作用。
2. PMU的原理PMU的核心原理是利用GPS同步技术对电压和电流进行同步测量。
通过接收GPS信号，PMU能够获得高精度的时间同步信息，保证各个PMU设备之间的时间同步性。
PMU通过采样和数字化技术对电压和电流进行测量，并将测得的数据转化为复数形式的相量数据。
这些相量数据包括相量的幅值和相位角。
3. PMU的工作原理3.1 采样和数字化PMU首先对电压和电流信号进行采样和数字化。
采样频率通常为50Hz或60Hz，采样精度达到10位或12位。
这样能够保证对电压和电流进行高精度的测量。
3.2 相量测量PMU利用采样和数字化得到的电压和电流数据，进行相量测量。
相量测量的过程包括以下几个步骤：•提取基波分量：PMU通过对采样数据进行数字滤波，提取电压和电流信号的基波分量。
•构建复数形式的相量：PMU利用提取到的基波分量，将电压和电流信号转化为复数形式的相量。
•计算相量的幅值和相位角：PMU通过对复数形式的相量进行计算，得到相量的幅值和相位角信息。
3.3 数据同步PMU利用GPS信号对数据进行同步。
当收到GPS信号后，PMU可以获得精确的时间同步信息，保证各个PMU设备之间测量结果的一致性。
4. PMU的应用4.1 监控电力系统PMU能够实时测量电力系统中各个节点上的电压和电流，并提供准确的相量数据。
这些数据可以被用来监测电力系统的状态，包括电压、电流以及相角等信息。
通过对这些信息的分析，可以及时发现电力系统中可能存在的异常情况，提高电力系统的稳定性和可靠性。
4.2 电力系统保护PMU通过对电力系统中的电压和电流进行高精度测量，能够及时检测到电力系统中的故障情况。
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EMS系统侧重于监测系统稳态运行，测量周期通常是秒级， 而且不带时标，不同地点之间缺乏准确的共同时间标记。
WAMS介绍
继电保护及故障录波数据的采样频率都在几千HZ以上，带 有时标，但是只在发生故障时采集故障点附近的数据，记录数 据只是局部，并且待续时间短，通常在数秒之内，难以用于对 全系统动态行为的监视和分析。
✓ 发电机功角的计算
一般测量发电机功角的方法有3种： ①利用发电厂或变电站测量的电压、电流和功率计算出功角； ②利用键相脉冲检测转子的位置； ③利用转速信号计算功角。
相量概念
正弦信号：
xt 2X sint
采用相量表示为：
X = Ｘ e jφ ＝X cosφ + jX sinφ
相量由两部分组成，即幅值X（有效值）和相位φ，用直角 坐标则表示为实部和虚部。所以相量测量就必须同时测量幅值 和相位。
✓ 对静态稳定监视来说，相角测量将为SCADA系统增加一个新的 数据状态量，加快潮流计算的速度。
发电机功角测量
✓ 功角是指发电机空载电势相量Eq与机端电压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 列运行稳定性的一个很重要的状态量。正常状态发电机功角在30度左 右运行，当功角在90度时是极不稳定的状态，稍有波动过一点就不能 再同步了。
GD GD GD GD T2 U3
HELP ALPHA
V0 W.X YZ SHIFT
PMU1
PMU2
➢ 利用GPS的秒脉冲作为统一的时间参考点，测得输电线两端的
电压相量为 U11,U22, 1 2
➢ 两地相角差δ实际上是指在同一时刻两个节点正序电压的相角 差，它是系统运行的重要状态变量之一。利用这个角度，可以得 知两端电力潮流的方向与大小；相角差的大小也反映了静稳裕度 的大小，它的周期变化就表明系统发生了功率振荡。
的或其它主站的测量数据、事件标识录波文件、实时记录文件。 另外，还可以接收EMS等其它系统的数据。 ➢子站
配置相应的PMU单元
同步相量监测子站系统介绍
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
PCS-996 相量测量装置功能(1)
PCS-996相量测量装置是用于进行同步相量的测量和输出以及进行动态 记录的装置，其核心特征包括基于标准时钟信号的同步相量测量、失去 标准时钟信号的守时能力、与主站之间能实时通信并遵循有关通信协议。
实时监测功能：
a) 同步测量安装点的三相基波电压、三相基波电流、电压电流的基波 正序相量、频率和开关量信号， 安装在发电厂时具有测量发电机内 电势和发电机功角的功能。
JA M7
KB N8
LC O9
ENRTUENR PRINT
4BMNbC/s
GD GD GD GD T2 U3
HELP ALPHA
V0 W.X YZ SHIFT
HUB/MAU
NIC
%UTILIZATION
TAB
GD RE I F
JA KB LC M7 N8 O9
ENRUTNER PRINT
4BMNbC/s
相量一次值、频率偏差、频率变化率，发电机内电势等量，实 时传送到数据集中器从而上送主站。
PCS-996 系列同步相量测量装置硬件
➢ PCS－996A可以同时测量6条线路的交流电流、电压，采集56 路开关量信息。
PMU首先1988年配置在美国西部电网中。
同步相量测量的作用
✓ 相量的变化可精确地描述电力系统运行状态的变化。有功潮流基 本上是由母线间的电压相角差来决定的，各母线电压相量是实际 电网运行的状态变量。
✓ 相量分析是交流电网的重要工具，根据电压相量值可以确定系 统的能量函数，其提供的频率测量值可以预测电网中各节点相对 角的趋势，大大地提高判断系统运行稳定性的速度和精度。当系 统受到扰动时，相角测量系统可以为励磁、调速、电容器的接入 等提供反馈控制量，以便进行更有效的控制；当故障时，调度中 心可根据各个点实时相角，判断出那个机组可能失稳并采取相应 的对策，或者在当地根据实时相角进行控制，如切机、切负荷、 解列等，以防止事故的进一步扩大。
b) 当装置监测到电力系统发生扰动时，结合时标建立事件标识，并向主站 发送实时记录告警信息。
c) 记录的数据具有足够的安全性。直流电源中断不会丢失已记录的数据； 无法通过外部访问删除记录数据；无法人工删除和修改记录数据
d) 响应主站召唤向主站传送记录数据
PCS-996 相量测量装置性能（3）
➢ 装置实时监测数据按时间顺序逐次、均匀上送 ➢ 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
PCS-996 系列同步相量测量装置硬件
PCS-996系列装置正面视图
运行 报警 同步 录波
区 号
确认 取 消
PCS-996A/B 同步相量测量装置
PCS-996 系列同步相量测量装置硬件
PCS-996A 装置后视图
NR1101C NR1101B NR1121A
NR1401
NR1401
NR1401
#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
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
1522
开入
1522
开入
1522
开入
1522
开出
电源
1101 1121
MPC5200
DSP 121
变送器插件
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
差）不大于50ms ➢ 装置实时监测数据的输出速率应可整定，有25、50、100次/秒的
可选输出速率 ✓ 装置实时记录数据的最高速率为100次/秒，并具有多种可选记录
速率 ✓ 当电力系统发生下列事件时装置能建立事件标识
a) 频率越限 b) 频率变化率越限 c) 相电压越限 d) 正序电压越限 e) 相电流越限 f) 正序电流越限 g) 线路功率低频振荡 h) 发电机功角越限。
PCS-996 电力系统同步相量测量系统简介
WAMS介绍
中国电力系统正在进行西电东送和全国联网，同时电力市 场化改革也在积极推进之中。在电力工业取得长足发展同时， 电力系统也面临严峻的考验。例如：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, 联络线的输送功率限制了 更大规模的功率传送。因此，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。目前采用的采集的稳态数据和局部 暂态数据已经不能胜任这种大范围的实时动态数据采集任务。
b) 能将所测的电压基波正序相量一次值、电流基波正序相量一次值、 频率、发电机内电势实时传送到多个主站。
PCS-996 相量测量装置功能(2)
实时记录功能：
a) 连续实时记录所测电压电流基波正序相量、三相电压基波相量、三相电 流基波相量、频率及开关状态信号；此外，安装在发电厂时能连续实时 记录发电机内电势。
WAMS介绍
GPS、通信技术、DSP领域的进步，为实现电力系统动态 监 测 提 供 了 可 能 。 基 于 成 就 的 GPS 技 术 上 的 PMU 装 置 ， 正 是 WAMS系统的基础。
PMU 能以数千HZ速率采集电流、电压信息、通过计算获 得测点的频率、相位、功角等信息，并以每秒几十帧的频率向 主站发送。PMU通过GPS对时，能保证全网数据同步性，时标 信息与数据同时存储并发到主站。PMU可以连续记录长达半个 月的动态数据，而且可以触发记录暂态数据。电网内的变电站 和发电厂安装PMU后，能使调度人员实时监测到电网的动态过 程。
WAMS介绍
WAMS(Wide Area Measurement System ) 广域测量系统 连续 监视电网运行性能，异常的频率，低频振荡，扰动期间和扰动 后的动态特性。给调度人员提供高质量的信息和分析工具，探 测电网将要发生的紧急情况并降低电网事故。
PMU(Phasor Measurement Unit) 同步相量测量系统 用于电力 系统同步相量测量和输出以及动态过程的记录。PMU和GPS、 高速通信网络、子站和主站分析系统共同构成WAMS，实现了 区域以及跨区域大电网的动态过程监测和分析。
幅值可以用交流电压电流表测量；而相位的大小取决于时 间参考点，同一个信号在不同的时间参考点下，其相角值是不 同的。所以，在进行系统相量测量时，必须有一个统一的时间 参考点 。
电力系统同步相量
电压：U1 相角：δ1
GPS卫星
电压：U2 相角：δ 2
HUB/MAU
NIC
%UTILIZATION
TAB
GD RE I F
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
开入
1522
开入
1522
开入
1522