同步相量测量装置(PMU)构成与原理讲座PPT课件
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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
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。
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 .
PMU培训讲义
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，装置建立事件标识。
2、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； 3、就地数据管理及显示 (1)装置的参数当地整定； (2)装置的测量数据可以在计算机界面上显示出来
动态监测系统的定位
频率越限
短路故障
系统功角越限
稳态运行
低频振荡、在线扰动
稳定预测控制 保护/故障录波
SCADA/EMS
（响应时间）
0.001S 0.01S
电力系统实时动态监测系统
0.1S 1S 10S 100S 1000S
动态监测产生的背景 动态监测系统的总体结构
PMU装置站端结构
PMU装置配置要求 PMU装置功能要求 PMU装置运行考核指标
动态监测系统结构图 主站
通信
子站
动态监测系统的组成
1）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： a)基于标准时钟信号的同步相量测量
2）数据集中器 Data Concentrator（DC） 用于站端数据接收和转发的通讯装置。能够同时接收多个通道的测量数据，并能 实时向多个通道转发测量数据。
动态监测技术出现的背景：
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
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。
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
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2
PMU
A1//t
主站
3
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
4
PMU国内外概况
5
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。
7
WAMS技术发展状况
国内外概况
主站
通信 子站
8
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
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 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.
南瑞
（SMU-1）
13
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）
21
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。
18
(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 ；
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
（如：美国西部电网继电保护委员会提出）
12
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）
四方
（CSS-200）
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
19
(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
同步相量测量装置培训
Phasor Measurement Unit (PMU) Phasor Monitor Unit (PMU)
A1//t
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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14
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
0.1ms
0.1ms
模拟精度
0.1%
0.1%
A/D位数
16
16
采样点/周
384
200
对时
GPS/1us
GPS/1us
通信
10M*1
10/100M*3
功能
非单一
单一
相量刷新速度
25/S
100/S
多线路测量
1-2线路/单元 >8条线路/单元
20
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。
／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）
11
6）也有设想利用WAMS技术来构建广域保护系 统
发电机键相测量
无
有
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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）
16
PMU主要功能
17
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：
9
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
信 的建设目标
10
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
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;
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。
6
国内外概况