同步相量测量(PMU)系统改造与应用

同步相量测量(PMU)系统改造与应用
作者：李丹
来源：《城市建设理论研究》2013年第28期
摘要：同步相量测量就是在电厂和变电站实时测量相角（包括发电机的功角和母线电压相角）等电气参量，利用全球定位系统(GPS)实现时钟同步,并把打上时标的电气参数利用高速数据通道传输到调度中心的调度自动化系统。

使相关运行人员实时监视系统母线电压向量和发电机的功角变化；同时，由于提供了精确实测的电网状态参数，可以使以前只能离线计算的电力系统稳定分析等更准确地用于实时计算，从而实时地进行动态安全分析，对运行的电力系统实现预防性控制、紧急控制。

关键词：同步相量测量；实时测量；GPS；数据传输；动态安全分析
中图分类号：P228.4文献标识码： A
前言
随着电力系统规模的日益壮大, 现代电力系统的结构及运行方式也日趋复杂，为保证电力系统的稳定运行，可靠、动态实时的监控具有十分重要的意义。

目前主体的监测手段集中于稳态和局部监控阶段,电网的实时动态同步量测工作,对于系统的运行调度来说缺少有效的监测管理平台。

同步相量测量装置是电力系统实时动态监测系统的基础和核心，它能为电力系统的安全稳定运行提供有力的监测手段，同步相量测量装置利用高精度的GPS卫星同步时钟实现时钟同步,并把打上时标的电气参数利用高速数据通道传输到中调，使相关人员实时监视系统母线电压向量和发电机的功角变化，极大提高电力系统的监控水平和稳定运行水平。

同时通过同步相量装置将有时标的一次调频信息、发电机及励磁系统电气量信号上传到中调，提高电网对各厂站发电机监视功能，有利于电网异常运行情况分析。

一．我厂PMU现状
我厂有四台发电机组，其中1号机和2号机为两台220MW机组，3号机和4号机为两台300MW机组，四台发电机全部采用三级励磁方式。

原同步相量测量装置采用河海大学与河南省电力公司共同开发生产同步相量测量装置，于2003年投入运行。

原系统主屏安装在#2机电气保护室，配有相量测量装置主机、GPS授时单元和#1机相量测量单元及#2机相量测量单元。

辅屛安装在#3机电气保护室，配有#3机相量测量单元和#4机相量测量单元，通过控制电缆与主屏连接传输信号。

原装置属早期科研产品，整套装置在技术性能和测量信号数量（测量模拟信号和开关信号）已不满足国网公司2006年颁布的《电力系统同步相量标准》、《电力
系统实时动态监测技术规范》，通讯接口不满足河南省电力公司调【2010】13号文《关于做好调度双平面电厂接入工作的通知》。

2012年我厂同步相量测量装置进行技术更新，新的同步相量测量装置采用上海铱控电力科技有限公司生产的同步相量测量（PMU）系统，新系统有2面屏柜组成，同步相量主屏一面，分屏一面。

主屏安装在#3机电气保护室，主要有数据集中处理单元、交换机、GPS授时单元、显示器、后台机、#3机同步相量采集和测量装置、#4机同步相量采集和相量测量装置等。

辅屏安装在#2机保护室，主要进行#1机和#2机数据采集和相量测量。

二．同步相量测量（PMU）系统结构
我厂安装同步相量测量系统是河南电网广域相量测量系统子站，主站在河南省电力公司。

整个系统由调度自动化主站、通道和厂站端子站三大部分构成(见图1)。

图1 同步相量测量系统结构
三、同步相量测量（PMU）装置的主要特点
3.1. 同步性：相量测量装置必须以精确的同步时钟信号（如GPS）作为采样过程的基准，使各个远方节点的相量之间存在着确定统一的相位关系。

相量测量装置能利用同步时钟的秒脉冲信号同步装置的采样脉冲，采样脉冲的同步误差应不大于±1µs。

3.2. 实时性：相量测量装置在高速通信系统的支撑下，能实时地将各种数据传送至多个主站，并接收各主站的相应命令。

3.3. 高速度：相量测量装置必须具有高速的内部数据总线和对外通信接口，以满足大量实时数据的测量、存贮和对外发送。

3.4. 高精度：相量测量装置必须具有足够高的测量精度，一般A/D需在16位及以上，装置测量环节产生的信号相移必须要进行补偿，装置的测量精度包括幅值和相角的精度。

3.5. 高可靠性：相量测量装置必须具备很高的可靠性，以满足未来的动态监控系统的可靠性要求。

可靠性体现在两方面，一是装置运行的稳定性；二是记录数据的安全可靠性。

3.6. 大容量：相量测量装置必须具备足够大的存贮容量，以保证能长期记录和保存相量数据、暂态数据。

四．我厂同步相量测量系统（PMU）子站配置
4.1 我厂PMU系统相量采集单元的配置
大唐首阳山的PMU系统配置5台相量采集装置，分别称作1N、2N、3N、4N和5N。

1N、2N配置两套采集模块，分别完成两台机组的信息采集，安装在原有的PMU屏内，各采集装置的模块配置如下表：
4.2表中1N、2N，完成#1～#2发电机的PMU信息采集，采集的量有：
（1）＃1～#2发电机机端三相电压、电流、内电势、功角。

（2）＃1～#2发电机键相脉冲信号。

（3）＃1～#2发电机励磁电压、励磁电流、机组转速、电网频率、调节级压力、一次调频修正前负荷指令信号、一次调频修正后负荷指令信号等7个信号，本装置共可接入22路4-20mA量。

（4）＃1～#2发电机的一调频动作信号、CCS调频功率号等2路开关量信号，本装置共可接入32路。

4.3表中3N、4N、5N，完成#3～#4发电机的PMU信息采集，采集的量有：
（1）＃3～#4发电机机端三相电压、电流、内电势、功角,6KV厂用电A段电压、6KV 厂用电B段电压。

（2）＃3～#4发电机键相脉冲信号。

（3）＃3～#4发电机励磁电压、励磁电流、励磁机的励磁电压、机组转速、电网频率、调节级压力、一次调频修正前负荷指令信号、一次调频修正后负荷指令信号等25个信号，本装置共可接入57路4-20mA量。

（4）＃3～#4发电机的一调频动作信号、一次调频投入退出信号、AVR自动手动信号、PSS投入退出信号等17路开关量信号，本装置共可接入80路。

4.4PMU技术性能指标
（1）实时监测数据的输出速率可以设置为25、50、100次/秒。

（2）实时记录数据的记录速率用户可整定，可以设置为25、50、100次/秒。

（3）暂态录波的最高记录速率为4800次/秒（96点/周波），用户可整定。

（4）暂态录波的记录通道为装置的全部测量通道。

（5）暂态录波的启动判据如下：
频率变化率越限；电压突变；电流突变；频率越限；电压越限；电流越限；功角越限；低频振荡；开关量变位；接收主站的触发命令。

五．PMU调试
5.1.单元装置调试：
（1）模拟量调试，检查PMU采集到发电机各模拟量数据与机组实际运行数据相符。

装置内部计算数据如发电机有功功率、无功功率、频率等与机组实际负荷相同。

（2）开关量调试，检查与实际相符。

模拟开关量动作状态正确。

5.2装置系统调试:根据发电机及相关设备实际参数配置系统参数，主机与各相关下位机通讯及数据检查。

5.3与中调联调，检查PMU装置与中调主站通讯正常，与中调核对传输数据一致。

六．结束语
PMU系统具备实时监测、实时记录、暂态记录、发电机内电势及功角监测、时钟同步、运行监视、数据分析、故障自恢复及通信等功能。

同时，由于提供了精确实测的电网状态参数，可以使以前只能离线计算的电力系统稳定分析等更准确地用于实时计算，从而实时地进行动态安全分析，对运行的电力系统实现预防性控制、紧急控制。

七．参考文献
【1】.;《电力系统相量测量装置》中国电力科学研究院 2008年
【2】.;Q/GDW 131-2006电力系统实时动态监测系统技术规范
【3】. 国网公司2006年《电力系统同步相量标准》。