PMU功能原理介绍2010

动态录波数据显示界面
31
数据文件：200704180926.dyn
PMU装置的输出量3
32
3. 暂态录波数据： 标准COMTRADE99格式的暂态录波
PMU/WAMS系统的构成要素 10
➢同步时钟（GPS，北斗） ➢同步相量测量装置PMU ➢通信网络(调度数据网，或2M专用线路) ➢WAMS主站
PMU/WAMS系统整体结构
11
1. WAMS主站
3.同步时钟
防火墙
WAMS主站
LAN
WEB服务器 数据库服务器
网关
前置机
EMS系统
SCADA 系统
WAN
1121 1401 1401 1401 1502 1525
1122 1122 1121 1401 1401 1415 1416 1502 1525
PCS-996A (变电站)
CPU
DSP
交流头
交流头
交流头
开入 开出
电源
F L A S H
1102
PCS-996A型采集单元
应用场合：变电站、开关站、发电厂 采集对象：母线、线路、主变的交流量和开关量
数据集中器可接入: ♦ PCS-996A ♦ PCS-996B 向WAMS主站上送: ♦ 实时数据 ♦ 动态录波数据 ♦ 暂态录波数据
PCS-996G 数据集中器
UPLINK
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13 14
15
16
PCS9882交换机
GPS对时信号
实时数据通道
离线数据通道 (动态、暂态录波)
分析中心站 分析工作站 数据库服务器 数据集中器
LAN
EMS系 统
SCAD
A 系统
分析中心站 分析工作站 数据库服务器 数据集中器
LAN
4.通信网络
EMS系 统
SCAD A
系统
WAN LAN 数据集中器 LAN
WAN LAN
LAN
2.PMU装置
相量测量单元
2.PMU装置
PCS-996型PMU系统典型配置 12
PMU装置的基本功能
25
➢PMU的输入量 ➢PMU的输出量（3种） ➢PMU的性能指标
PMU装置的输入量
26
时钟信号
: 同步时钟(GPS, 北斗)
交流量(A,B型): 三相电压、电流信号（Uabc,Iabc）
直流量(B型） : 机组4～20mA直流量
电平信号(B型): 机组键相脉冲、转速脉冲
开关量(A,B型): 刀闸位置，机组开关量信号
实时数据帧格式
28
编号
字段 长度 (字节)
说明
1 SYNC 2 FRAMESIZ
E 3 SOC 4 FRACSEC 5 STAT 6 PHASORS
7 FREQ 8 DFREQ 9 ANALOG
2
帧同步字(AA02)
2
帧长
4 4 2 4×P 2 2 2×A
世纪秒，从1970-1-1 0:0:0开始 秒等分（分辨率10ms） 状态字 相量(幅值，相角) 频率偏差 频率变化率 模拟量
实时数据通道
离线数据通道 (动态、暂态录波)
1121 1401 1401 1401 1502 1525
1122 1122 1121 1401 1401 1415 1416 1502 1525
PCS-996A (变电站)
CPU
DSP
交流头
交流头
交流头
开入 开出
电源
F L A S H
1102
PCS-996A型采集单元
NR1102E
NR1121A
NR 1401
NR 1401 选配插件
NR1415G NR1415G NR1415G NR1415G
选配插件
选配插件
NR1416 NR1502 NR1525 NR1301 220V
DANGER
DANGER
➢ PCS-996B装置主要用于发电厂机组的同步相量测 量，可采集和记录发电机内电势、功角、机组励磁 电压、电流、转速、调频等4～20mA的信号量。
实时数据显示界面
29
PMU装置的输出量2
30
2. 动态录波数据： 内容＝CFG1 + N个数据帧
CFG1是PMU的最大可输出配置
N个数据帧是1min内的实时数据帧（6000帧）
输出特征： 记录速率：能达到100帧/S 形成速率：每分钟形成1个文件 存储要求：能存储14天的数据 上传要求：在主站召唤时传送指定数据 主要功能：本地记录，电网扰动时进行分析
方法二：电气量计算法
发电机功角测量：键相脉冲法 20
➢ 空载时：U和Eq同相位，测对键相脉冲的角差θ ➢ 并网后：由键相脉冲角度扣除θ，得到Eq相位
内电势 Eq
机端电压 U
键相脉冲 A
θδ
d轴 x
发电机功角测量：电气量计算法 21
➢ 机组稳态运行时，可用电气量计算内电势和功角
虚拟电势：
EQ U (r jxq )I
2#节点 系统
相量1
δ1 参考相量 1#节点PMU装置
相量1 δ12
相量2
相量2
2#节点PMU装置
δ2 参考相量
同步相量测量系统的特征
14
➢ 基于标准时钟信号的同步数据采集 ➢ 失去标准时钟信号时的守时能力 ➢ 全网同步相量的测量和实时上送 ➢ 动态和暂态数据的录波记录和上送 ➢ 与主站之间按标准通信协议进行实时通信
同步相量测量原理
4
GPS卫星校时
发电机
U 1 1
1#节点 变压器
相量1 δ12
相量2
WAMS主站
U 2 2
2#节点 系统
相量1 δ1 参考相量
1#节点PMU装置
相量2 δ2 参考相量
2#节点PMU装置
同步相量与SCADA的比较
5
SCADA：
功能：测量稳态值(U,I,P,Q,等), 计算各节点的幅值V和 相角δ
PCS-996 电力系统同步相量测量装置
同步相量概念
2
Im
50Hz
Re
电力系统中的正弦电压、电流量：
u(t) 220 2 cos(314t 30 )kV i(t) 100 2 cos(314t 10 )A
➢ 幅值均取有效值 ➢ 选取相同的时间参考点（如PPS） 便得到方便实用的同步相量：
U 22030 kV I 100-10 A
➢ 容量：可采集2台机组，24个直流量，36路开关量
发电机功角测量
19
➢ 发电机功角： 发电机空载电势相量Eq或暂态电势相量E’q与
机端电压相量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网运行稳定性的一个 很重要的状态量。
➢ 测量方式： 方法一：键相脉冲法 或 转速脉冲法
应用场合：变电站、开关站、发电厂 采集对象：母线、线路、主变的交流量和开关量
CPU
DSP
交流头
交流头
开入 开出
电源
F L A S H
1102
直
功
流
角
采
测
样
量
PCS-996B型采集单元
应用场合：火力发电厂、水力发电厂、风电场 采集对象：机组的交流量、直流量、开关量和
键相脉冲
PCS-996B (发电厂)
注意：电流回路通常采用CT测量绕组！
PMU装置的输出量1
27
1. 实时数据： 相量： UABC1, IABC1, 内电势Eq,发电机功角
模拟量: P, Q, f, df/dt，发电机转速
4～20mA直流量 等
开关量：刀闸位置，机组开关量信号
输出特征： 同步时标：与GPS零秒时刻对齐，全网同步 传输速率：100帧、50帧、25帧等可选
CPU
DSP
交流头
交流头
开入 开出
电源
F L A S H
1102
直
功
流
角
采
测
样
量
PCS-996B型采集单元
应用场合：火力发电厂、水力发电厂、风电场 采集对象：机组的交流量、直流量、开关量和
键相脉冲
PCS-996B (发电厂)
同步相量测量的基本原理
13
GPS卫星校时
发电机
U11
1#节点 变压器
U 2 2
通过电压、电流相量可以得到有功、 无功等一系列量
同步相量测量装置及系统
3
➢ 同步相量测量装置（PMU）
Phasor Measurement Unit PMU用于同步相量的测量和上送，并进行动态和 暂态数据记录
➢ 广域相量测量系统(WAMS)
Wide Area Measurement System 由PMU和高速通信网络构建而成，为区域电网提 供实时监测、分析和控制
PCS-996系列同步相量测量装置
16
➢ PCS-996A/B/G装置正面视图。
运行 报警 同步 录波
区 号
确认 取 消
PCS-996 同步相量测量装置
PCS-996系列同步相量测量装置
17
➢ PCS-996A同步相量测量装置。
NR1102E
NR 1121A
NR 1401
NR 1401
NR 1401
凸极机内电势： Eq EQ j(xd xq )Id
隐极机内电势： Eq EQ （xd xq）
刀片式数据集中器PCS-996G 22
➢ PCS-996G数据集中装置
NR 1101D
NR1102H NR1102H
备选
NR1122A NR 1122A
备选
NR 1301
大 容 量 存
储
➢ PCS-996G装置为刀片式数据集中器。作为厂站 内PMU系统的数据和通信服务器，PCS-996G通 过光纤点对点方式接收、存储PMU实时数据，打 包后通过调度数据网、专网上送多个WAMS主站。
90
同步相量的作用
7
（2）同步相量是评价电网动态过程稳定性的基本指标。
/()
25
20
15
10
5
0
0
1
2
3
4
t/s
机组功角摇摆曲线
同步相量的作用
8
（3）数据记录，在线分析，离线分析
➢提高潮流计算的速度和精度（离线） ➢提高状态估计的速度和精度（在线） ➢电力系统动态过程记录和事故分析 ➢扰动识别（低频振荡、失步、短路等） ➢电力系统动态模型辨识和模型校正、 ➢输电线路参数测量(在线) ➢其他用途
同步相量的作用
9
（4）稳定分析及控制 ➢ 全局反馈控制（全局PSS, 励磁控制, TCSC控制等） ➢ 静态稳定分析及控制 ➢ 暂态稳定分析及控制 ➢ 动态稳定分析及控制 ➢ 电压稳定监视及控制 ➢ 频率稳定监视及控制 ➢ 低频振荡分析及抑制（PCS-993振荡解列系统） ➢ 区域失步分析及控制（PCS-993振荡解列系统）
国外标准：IEEE Std C37.118-2005 电力系统同步 相量标准
企标：《Q/GDW 131-2006 电力系统实时动态监测 系统技术规范》
国标：待审批
PCS-996系列同步相量测量装置
15
PCS-996型同步相量测量系统构成： ➢ PCS-996A: A型采集单元，适用于线路、主变等 ➢ PCS-996B: B型采集单元，适用于机组 ➢ PCS-996G : 数据集中器 ➢ RCS-9785C: GPS同步时钟 ➢ PCS-9882: 百兆光电以太网交换机
特点：稳态的、低刷新率(n秒)、不同步、间接的信息
PMU： 功能：直接测量节点的电压相量（幅值V和相角δ ） 特点：动态的、高刷新率(10ms)、同步的、直接的信息
同步相量的作用
6
（1）同步相量是评价电网静态稳定水平的基本指标。
静态稳定区域： 0 90
Eq X d 机组
Pe
V0
系统
Pmax P0
WAMS 主站1
WAMS 主站2
GPS时钟
RCS-9785 GPS时钟
PMU 本地子站
通信机房 路由器
UPLINK
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12Βιβλιοθήκη Baidu
13 14
15
16
PCS9882交换机
CPU
大 容 量 存 储 1102
CPU
CPU
CPU 扩展
PCS-996G 数据集中器
DSP DSP
DSP 扩展
电源
1102 1102
NR1301
PCS-996型PMU系统典型配置 24
WAMS 主站1
WAMS 主站2
RCS-9785 GPS时钟 时钟
PMU 本地子站
通信机房 路由器
UPLINK
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13 14
15
16
PCS9882交换机
CPU
大 容 量 存 储 1102
CPU
CPU
CPU 扩展
PCS-996G 数据集中器
DSP DSP
DSP 扩展
电源
1102 1102
数据集中器可接入: ♦ PCS-996A ♦ PCS-996B 向WAMS主站上送: ♦ 实时数据 ♦ 动态录波数据 ♦ 暂态录波数据
PCS-996G 数据集中器
UPLINK
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13 14
15
16
PCS9882交换机
GPS对时信号
RCS-9785C GPS时钟同步装置 23
对时方式：IRIG-B,PPS,PPM, 对时报文 对时介质：光纤, RS-485,RS-232,空接点,以太网 时间精度：误差小于1us 守时能力：误差小于1度/小时
NR1301 NR1101 NR1141 NR1205 NR1216 NR1217 NR1218 NR1219 NR1220
NR 1401
NR1502 NR1525 NR1301 220V
DANGER
DANGER
DANGER
DANGER
➢ PCS-996A装置主要用于母线、线路、主变电气量、 开关量的采集和记录，将测量信息上送集中器。
➢ 容量：可采集8回线路，36路开关量
PCS-996系列同步相量测量装置
18
➢ PCS-996B同步相量测量装置。