同步相量测量装置(PMU)构成及原理讲座演示幻灯片
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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。
谢谢观看
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。
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简述、系统组成及装置功能介绍、通讯与路由、运行与维护
同步相量测量装置PMU
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。
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。
PMU构成及原理讲课-华北
PMU在华北电网的部署情况
部署规模
华北电网已部署了数百个 PMU装置，覆盖了主要的 发电厂、变电站和输电线 路。
部署方式
PMU装置主要安装在变压 器、发电机、母线等关键 设备上，以及重要输电线 路的始末端。
通信网络
PMU通过高速数据通信网 络与电网调度中心相连， 实时传输监测数据。
PMU在华北电网的运行情况
PMU的发展历程
初期阶段
PMU最初是为了解决美国东北部 大停电事故而开发，主要功能是
监测电力系统的动态变化。
发展阶段
随着技术的进步和应用需求的增加， PMU的功能不断完善，逐渐应用 于电力系统的稳定控制和预防性控 制等领域。
成熟阶段
目前，PMU技术已经相当成熟，广 泛应用于全球范围内的电力系统， 为电力系统的安全稳定运行提供了 重要的保障。
PMU数据传输原理
PMU数据传输原理是指将PMU测量得到的电压和电流相量数 据传输到数据中心进行分析和处理的过程。
PMU数据传输通常采用基于IP的网络传输方式，通过专用的 传输协议将数据实时传输到数据中心。在传输过程中，需要 对数据进行加密和压缩，以确保数据的安全性和有效性。
04
PMU在华北电网的应用
02
PMU的构成
硬件构成
传感器
用于测量电压、电流和 相位角等电气参数，是 PMU的核心组成部分。
数据采集器
负责接收来自传感器的 数据，并进行预处理和
格式转换。
通信模块
负责将PMU与主站或其 他PMU进行数据传输， 一般采用光纤或无线通
信技术。
电源模块
为PMU提供稳定的电源 供应，确保其正常工作。
软件构成
数据采集软件
负责从数据采集器中读取原始 数据，并进行必要的预处理和
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）
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。
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
分布式同步相量测量装置ppt课件
分布式同步相量测量装置
内容提要
PMU简述 系统组成及装置功能介绍 工程方案及实施 主子站通讯原则 PMU常规操作与配套软件演示 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。
术语和定义
• 电力系统实时动态监测系统 real time power system dynamic monitoring system：基于同步相量 测量以及现代通信技术，对地域广阔的电力系统 动态过程进行监测和分析的系统。
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 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据:25Hz,50Hz,100Hz 发电机内电势直接测量功能
CSC-187A,CSC-187D 100M光以太网设备
CSS-200/1A 同步相量采集单元
CSFU-107 内电势测量装置
CSC-196 时间同步装置
GPS天线
同步相量测量装置的技术特征
同步采样：配置独立的对时装置，对时精度高 相量计算：16位AD转换，专利算法 数据记录：大容量历史存储，系统与数据分离 实时通讯：远方多主站通讯方式，互不影响
内容提要
PMU简述 系统组成及装置功能介绍 工程方案及实施 主子站通讯原则 PMU常规操作与配套软件演示 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。
术语和定义
• 电力系统实时动态监测系统 real time power system dynamic monitoring system：基于同步相量 测量以及现代通信技术，对地域广阔的电力系统 动态过程进行监测和分析的系统。
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 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据:25Hz,50Hz,100Hz 发电机内电势直接测量功能
CSC-187A,CSC-187D 100M光以太网设备
CSS-200/1A 同步相量采集单元
CSFU-107 内电势测量装置
CSC-196 时间同步装置
GPS天线
同步相量测量装置的技术特征
同步采样：配置独立的对时装置，对时精度高 相量计算：16位AD转换，专利算法 数据记录：大容量历史存储，系统与数据分离 实时通讯：远方多主站通讯方式，互不影响
PMU同步相量测量装置原理及维护
PMU及动态监测系统的技术背景 同步相量测量基础 PMU的功能及作用 PMU的主要技术要求 发电机功角测量方法
PMU通讯及其规约
SMU-2系列PMU装置介绍 SMU系列同步相量测量装置的维
护
国网电力科学研究院
STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
国内外PMU的发展历史及应用状况
同步相量：
Vm
Vm
绝对相角：
t=0 (1 PPS)
signal x(t) t=0 (1 PPS)
国网电力科学研究院
STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
1、SOC（Second of Century: 世纪秒）＋秒等分 数＋相量数据
2、SOC＋当前秒内的采样点数＋相量数据
• 装置应能实时记录全部测量通道的相量数据。
• 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。 • 装置实时记录数据的保存时间应不少于14天
国网电力科学研究院
STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
作用1：进行快 速的故障分析
发电机内电势 • 同步发电机转子以 同步速率旋转时， 主磁场在气隙中形 成旋转磁场，它 “切割”定子绕组，
发电机功角 • 发电机内电势和机 端电压正序相量之 间的夹角称为发电 机功角
在定子绕组内感应
出对称三相电动势， 称为激磁电动势， 又称发电机内电势。
国网电力科学研究院
STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
据可以在计算机
界面上显示出来
PMU通讯及其规约
SMU-2系列PMU装置介绍 SMU系列同步相量测量装置的维
护
国网电力科学研究院
STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
国内外PMU的发展历史及应用状况
同步相量：
Vm
Vm
绝对相角：
t=0 (1 PPS)
signal x(t) t=0 (1 PPS)
国网电力科学研究院
STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
1、SOC（Second of Century: 世纪秒）＋秒等分 数＋相量数据
2、SOC＋当前秒内的采样点数＋相量数据
• 装置应能实时记录全部测量通道的相量数据。
• 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。 • 装置实时记录数据的保存时间应不少于14天
国网电力科学研究院
STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
作用1：进行快 速的故障分析
发电机内电势 • 同步发电机转子以 同步速率旋转时， 主磁场在气隙中形 成旋转磁场，它 “切割”定子绕组，
发电机功角 • 发电机内电势和机 端电压正序相量之 间的夹角称为发电 机功角
在定子绕组内感应
出对称三相电动势， 称为激磁电动势， 又称发电机内电势。
国网电力科学研究院
STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
据可以在计算机
界面上显示出来
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3) 系统稳定按性质可分为三种：功角稳定、电压稳定和频 率稳定。本系统可为功角稳定提供最直接的原始数据。
5
国内外概况
应用背景2：美国等西方国家的大停电 1)由于没有有效的监视手段,导致了美国8.14大停电 2)我国电网规模越来越大,需应对措施
应用背景3：世界技术的发展使得该项目成为可能 1）高速计算机及数据管理 计算机计算速度大幅度提高,商用数据库越来越成熟. 2）高精度GPS 微秒级误差
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 ；
19
2、判别并获取事件标识 1）下列情况建立事件标识： a）频率越限； b) 频率变化率越限； c) 幅值越上限，包括正序电压、正序电流、负 序电压、负序电流、零序电压、零序电流、 相电压、相电流越上限等； d) 幅值越下限，包括正序电压、相电压越下限 等； e) 线性组合，包括线路功率振荡等； f) 相角差，即发电机功角越限。
3）高速广域通信技术 100M以上以太网
4）稳定成熟的应用算法 如EEAC算法已经成功应用于发达国家的电力系统稳定预警.
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
10
6）也有设想利用WAMS技术来构建广域保护系 统
（如：美国西部电网继电保护委员会提出）
11
国内外主要PMU制造商
国内外概况
Rochestor
（TR-2000）
Macrodyne （1690）
SEL
（SEL-421）
Arbiter Systems （1133A）
ABB
（RES521）
电科院
（ADX3000／PAC-2000）
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;
f. 机端B相电流同步相量Ib/Фib ；
g. 机端C相电流同步相量Ic/Фic ；
h. 机端正序电流同步相量I1/Фi1；
i. 内电势同步相量ε/Ф(ε)；
j. 发电机功角δ；
k. 开关量
18
(3)同步测量励磁电流／砺磁电压，用于分析机组的 砺磁特性
(4)同步AGC控制信号，用于分析AGC控制响应特性 (5)获取高精度的时间信号
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
25/S
100/S
多线路测量
1-2线路/单元 >8条线路/单元
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：
信 的建设目标
9
5）稳定成熟的主站系统 （1）WAMS单一系统的动态监视 （2）基于WAMS、保护系统、SCADA的（动
／稳／暂态）三态数据整合及故障分析（华东） （3）基于EEAC（南瑞薛禹胜）算法的在线预
防决策及控制。通过计算获得系统惯性中心 （虚拟）的参考相量，从而可计算出任何点对 系统惯性中心的功角，从而判断功角稳定并实 施在线切机／切负荷（江苏WAMAP）
20
2）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动态数 据。
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。
பைடு நூலகம்21
3、广域启动或扰动启动录波 (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；
四方
（CSS-200）
南瑞
（SMU-1）
12
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
(少）
10/100M以太网（多）
13
国内外概况
PMU主要技术指标及国内外比较
国外
国内
开关分辨率 模拟精度 A/D位数 采样点/周 对时 通信 功能
0.1ms 0.1% 16 384 GPS/1us 10M*1 非单一
0.1ms 0.1%
16 200 GPS/1us 10/100M*3 单一
相量刷新速度
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
8
3）成熟的PMU技术 （1）各个厂商的PMU已经在变电站／电厂广 泛使用，并在内电势测量技术方面取得 很好的进展 （2）国内的PMU性能优于国外的PMU
4）高速广域通信技术 100M／1000M数据网建设成为电力公司通
同步相量测量装置培训
Phasor Measurement Unit (PMU) Phasor Monitor Unit (PMU)
A1//t
南京南瑞集团公司
PMU
A1//t
主站
2
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
国内外概况
应用背景2：美国等西方国家的大停电 1)由于没有有效的监视手段,导致了美国8.14大停电 2)我国电网规模越来越大,需应对措施
应用背景3：世界技术的发展使得该项目成为可能 1）高速计算机及数据管理 计算机计算速度大幅度提高,商用数据库越来越成熟. 2）高精度GPS 微秒级误差
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 ；
19
2、判别并获取事件标识 1）下列情况建立事件标识： a）频率越限； b) 频率变化率越限； c) 幅值越上限，包括正序电压、正序电流、负 序电压、负序电流、零序电压、零序电流、 相电压、相电流越上限等； d) 幅值越下限，包括正序电压、相电压越下限 等； e) 线性组合，包括线路功率振荡等； f) 相角差，即发电机功角越限。
3）高速广域通信技术 100M以上以太网
4）稳定成熟的应用算法 如EEAC算法已经成功应用于发达国家的电力系统稳定预警.
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
10
6）也有设想利用WAMS技术来构建广域保护系 统
（如：美国西部电网继电保护委员会提出）
11
国内外主要PMU制造商
国内外概况
Rochestor
（TR-2000）
Macrodyne （1690）
SEL
（SEL-421）
Arbiter Systems （1133A）
ABB
（RES521）
电科院
（ADX3000／PAC-2000）
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;
f. 机端B相电流同步相量Ib/Фib ；
g. 机端C相电流同步相量Ic/Фic ；
h. 机端正序电流同步相量I1/Фi1；
i. 内电势同步相量ε/Ф(ε)；
j. 发电机功角δ；
k. 开关量
18
(3)同步测量励磁电流／砺磁电压，用于分析机组的 砺磁特性
(4)同步AGC控制信号，用于分析AGC控制响应特性 (5)获取高精度的时间信号
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
25/S
100/S
多线路测量
1-2线路/单元 >8条线路/单元
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：
信 的建设目标
9
5）稳定成熟的主站系统 （1）WAMS单一系统的动态监视 （2）基于WAMS、保护系统、SCADA的（动
／稳／暂态）三态数据整合及故障分析（华东） （3）基于EEAC（南瑞薛禹胜）算法的在线预
防决策及控制。通过计算获得系统惯性中心 （虚拟）的参考相量，从而可计算出任何点对 系统惯性中心的功角，从而判断功角稳定并实 施在线切机／切负荷（江苏WAMAP）
20
2）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动态数 据。
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。
பைடு நூலகம்21
3、广域启动或扰动启动录波 (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；
四方
（CSS-200）
南瑞
（SMU-1）
12
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
(少）
10/100M以太网（多）
13
国内外概况
PMU主要技术指标及国内外比较
国外
国内
开关分辨率 模拟精度 A/D位数 采样点/周 对时 通信 功能
0.1ms 0.1% 16 384 GPS/1us 10M*1 非单一
0.1ms 0.1%
16 200 GPS/1us 10/100M*3 单一
相量刷新速度
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
8
3）成熟的PMU技术 （1）各个厂商的PMU已经在变电站／电厂广 泛使用，并在内电势测量技术方面取得 很好的进展 （2）国内的PMU性能优于国外的PMU
4）高速广域通信技术 100M／1000M数据网建设成为电力公司通
同步相量测量装置培训
Phasor Measurement Unit (PMU) Phasor Monitor Unit (PMU)
A1//t
南京南瑞集团公司
PMU
A1//t
主站
2
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