PMU功能原理介绍2010
PMU_电源管理单元_功能介绍_1
PMU_电源管理单元功能1在”怎样应用电源管理单元”中已经提到, 电源管理单元主要功能是提供系统所需的稳定电源, 这篇文章解释此功能的细节。
为什么需要控制系统电源？这个问题的答案是:1.系统使用的芯片通常使用不同的电压, 开通和关闭电源时, 如果不严格遵循芯片要求的顺序和时间,不但系统不能起动, 严重时会烧毁芯片.现代电路设计要求系统安全可靠, 要求电源电路有保护功能, 一般要求有过电流保护, 也有些有过电压保护功能.2.半导体电路工作时, 工作电流会时大时小, 用行业术语来说, 就是负载不是恒定的.这对提供电源的电路, 要求负载变动时, 电源电路要能保持负载芯片得到的电压不变,欧姆定律证明, 电压等于电流乘于电阻, 从电源电路到负载芯片总有一些电阻,要保证负载芯片电压不变, 不但要求电源电路输出要稳定，还要求电源电路补偿这些电阻的电压降, 这就要求电源电路有反馈输入, 电路板设计的工程师也必须考虑好的负载反馈点, 一般要求尽量靠近负载芯片.3.系统使用的电源电压可能不稳定, 比如使用电池供电的系统, 电池才充满电时, 一个CELL 的电压可以到4.2V, 用到”空电池”时, 一个CELL的电压可以低到2.8V.这就要求电源电路的输出在输入电压的变动下也必须稳定, 但有时负载芯片要求的电压可能高于输入电压的最低值, 这时就要求电源电路有升压功能.4.为了节省电能, 主要是考虑电池供电系统, 不用的电源尽量关掉,比如照相功能, 不用这功能时, 就关上有关的电源.5.如前一文章所讲, 为省电能, 有时要根据工作频率调整电压.这是一个简单的问题, 但细细考虑, 有许多细节联系到整个系统的性能, 极端的讲, 没有好的系统电源设计, 既使有先进的主机和外围芯片, 整个系统可能不如好的系统电源设计加上不大先进的主机和外围芯片!电源电路大体可分为两类：线性稳压器和开关型稳压器.线性稳压器成本低, 躁声小, 静态电流小, 要求输入电压高于输出电压2V 以上,现在大量使用的低压降线性稳压器, 性能提高了, 一般只要求0.2V. 设计上考虑好去耦合电容,输入电压的最小值减去要求的最大输出电压值, 大于芯片数据手册要求, 输出电流最大值不大于芯片数据手册要求, 印刷线路板设计好就没有大问题了.但是线性稳压器本身的功率消耗等于输入电压减去输出电压乘于使用电流, 如果输入输出电压差大, 这个功率消耗对于系统就不能忍受了.第二就是线性稳压器不能提升电压, 就是说线性稳压器只能用在输出电压低于输入电压的电路.对线性稳压器上面这两个缺点, 开关型稳压器是很好的替代电路.现代电路大量使用开关型稳压器, 但是开关型稳压器电路设计要求比线性稳压器高, 如果设计不好, 会造成系统运行不稳定.开关型稳压器涉及细节很多, 需要另外单独章节说明.现代的电源管理单元芯片可以在一个芯片内含有几路开关型稳压器和十几路低压降线性稳压器. 发展趋势是增大开关稳压器提供的最大电流, 压缩更多功能在同一芯片内.。
主电源管理单元电路
主电源管理单元电路【知识文章】主题：主电源管理单元电路1. 引言在现代电子产品中，主电源管理单元电路起着至关重要的作用。
它负责为整个系统提供稳定可靠的电源，同时确保功耗优化和能量效率。
本文将深入探讨主电源管理单元电路的功能、原理和应用，旨在帮助读者全面了解该领域的重要性和挑战。
2. 主电源管理单元电路的功能主电源管理单元电路（PMU）是一种集成电路，用于管理、监测和控制系统的电源。
其主要功能包括：（1）电池管理：PMU能够检测电池的电量、健康状况和充电状态，以确保系统在需要时能够准确预测电池寿命并进行相应处理。
（2）功耗优化：PMU可以根据系统需求自动调整功耗水平，最大化延长电池寿命，降低能量消耗，提高系统的效率。
（3）电源稳定性：PMU监测并稳定系统的电源电压和电流，以确保供电稳定，防止电压骤降、过流和瞬态异常等问题的发生。
（4）充电管理：对于设备内置电池，PMU还能够管理充电电流和充电时间，并确保充电过程的安全和高效。
3. 主电源管理单元电路的原理主电源管理单元电路通常由以下几个组成部分构成：（1）电源监测电路：用于监测系统电源的电压、电流和功率等参数，并输出给其他模块进行进一步的判断和控制。
（2）电源模式切换电路：根据系统状态和需求，自动切换不同的电源模式，如插电模式、电池模式和待机模式等。
（3）充放电管理电路：控制充电和放电过程，监测电池的电量、温度和健康状况，以及保护电池免受过充、过放和短路等风险。
（4）供电管理电路：管理系统不同部分的电源供应，通过电压稳定器、开关和滤波器等元件来维持稳定的电压和电流输出。
（5）通信接口：与其他系统模块进行通信，并接收外部控制信号，以实现对主电源管理单元电路的远程控制和监测。
4. 主电源管理单元电路的应用主电源管理单元电路广泛应用于各类电子产品和设备中，如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、智能穿戴设备等。
它们的重要作用在于：（1）延长电池寿命：通过功耗优化和电源稳定性管理，PMU能够最大程度地延长电池的使用寿命，提高设备的续航能力。
同步相量测量装置
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。
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相量测量装置的工作原理
装置整体结构图
天线
同步时钟 信号板 电压电流 (模拟信号) 互感器 (PT/CT) 同步采样 触发脉冲 A/D板
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
谢谢！
– 提供了一个全网统一的同步旋转坐标轴，保证这些测出的功 角是基于相同的坐标轴
功角测量原理
• 功角测量需要测发电机电势E与母线电压Uj之间 的相角差
E j
相量测量装置
• 整体设计 • GPS模块 • 数据采集模块 • 计算模块 • • • • 通讯模块 控制模块 系统软件程序 误差和时延分析
相量测量装置（PMU）
PMU
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
PMU的原理
PMU的应用
• 功率、功率因素的测量 • 发电机并网同期装置 并网条件：频率、电压幅值、 P UI cos UI cos(U I ) 电压相位差
实现异地相位测量，采用GPS系统
GPS授时的优点：
• • • • 全球全天候连续工作，用户数量不限 精度高。 GPS采用了扩频和伪码技术，抗干扰能各地的电压信号统一到相同坐标轴上就必须做到以下两点： – 这些信号的采样是同步完成的 – 各地功角信号是相对于相同的同步旋转轴系 • 对应的GPS作用： – 将全网的时钟进行统一，保证分散于各地传送到服务器上进 行比较的是同一时刻的信号
U
U1 U2
I
1 2
功能：直接测量节点的电压相量（幅值V和相角 ）. 特点：动态的、高刷新率（10ms）、同步的、直接 的信息.
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
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工作原理
pmu工作原理
PMU是一种广泛应用于电力系统中的电力测量装置。
它通过高精度的时间同步和采样技术，能够精确地测量和记录电流和电压的幅值、相位和频率等参数。
PMU工作原理基于以下几个关键步骤：
1. 时间同步：PMU使用GPS卫星信号或其他时间源，确保系统中所有PMU的时间是完全同步的。
这样可以保证测量数据的一致性和准确性。
2. 采样：PMU以高频率对电压和电流进行采样。
通常，采样频率为每秒数千次，可以达到微秒级的精度。
这种高速采样保证了对电力系统动态行为的准确记录。
3. 数字变换：采样得到的模拟信号经过模数转换器（ADC）转换为数字信号，然后进行数字滤波和处理。
这一过程通常包括抗混叠滤波、滤波和反褶积等步骤，以消除采样过程中引入的非理想特性。
4. 参数计算：通过对采样数据进行数学处理，PMU可以计算出电流和电压的幅值、相位和频率等参数。
这些参数可以用来描述电力系统的状态和稳定性。
5. 数据传输：PMU通常通过通信网络将测量数据传输到数据中心或监控中心。
数据可以通过数字通信、以太网或其他网络传输协议进行传输。
这样，PMU提供的实时测量数据可以被其他系统和设备实时监测和分析。
总体而言，PMU的工作原理是通过时间同步和高精度采样技术，实时测量电力系统中的电流和电压参数，并将这些数据传输到远程控制中心，以实时监测和分析电力系统的运行状态。
这种实时监测和分析对于电力系统的稳定运行和故障检测具有重要意义。
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
PMU功能原理介绍2010
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
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
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
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
PMU基本介绍全解
限、相电流越限、正序电流越限、线路低频振荡、相角差越限等事件时, 装置应能建立事件标识,以方便用户获取事件发生时段的实时记录数据. e、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实时 记录数据. f、 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.
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.
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
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；
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；
PMU(PMIC)线性电源,开关电源
PMU（power management unit）就是电源管理单元，一种高集成的、针对便携式应用的电源管理方案，即将传统分立的若干类电源管理芯片，如低压差线性稳压器(LDO)、直流直流转换器(DC/DC)，但现在它们都被集成到手机的电源管理单元(PMU)中，这样可实现更高的电源转换效率和更低功耗，及更少的组件数以适应缩小的板级空间，成本更低。
PMU作为消费电子(手机、MP4、GPS、PDA等)特定主芯片配套的电源管理集成单元，能提供主芯片所需要的、所有的、多档次而各不相同电压的电源，同电压的能源供给不同的手机工作单元，像处理器、射频器件、相机模块等，使这些单元能够正常工作。
按主芯片需要而集成了电源管理，充电控制，开关机控制电路。
包括自适应的USB-Compatible的PWM充电器，多路直流直流转换器(BuckDC-DCConverter)，多路线性稳压器(LDO)，Charge Pump，RTC电路，马达驱动电路，LCD背光灯驱动电路，键盘背光灯驱动电路，键盘控制器，电压/电流/温度等多路12-BitADC，以及多路可配置的GPIO。
此外还整合了过/欠压(OVP/UVP)、过温(OTP)、过流(OCP)等保护电路。
高级的PMU可以在USB以及外部交流适配器、锂电池和应用系统负载之间安全透明的分配电能。
动态电源路径管理(DPPM)在系统和电池充电之间共享交流适配器电流，并在系统负载上升时自动减少充电电流。
调整充电电流和系统电流分配关系，最大程度保证系统的正常工作，当通过USB 端口充电时，如果输入电压降至防止USB 端口崩溃的阈值以下，则基于输入电压的动态电源管理(IDPM) 便减少输入电流。
当适配器无法提供峰值系统电流时，电源路径架构还允许电池补偿这类系统电流要求。
LDO是利用较低的工作压差，通过负反馈调整输出电压使之保持不变的稳压器件。
压差小的话用LDO，带可关断功能便于电源管理。
压差大的还是用DC-DC效率高。
5PMU介绍
这些信号的采样是同步完成的 各地功角信号是相对于相同的同步旋转轴系 将全网的时钟进行统一，保证分散于各地传送到服 务器上进行比较的是同一时刻的信号 提供了一个全网统一的同步旋转坐标轴，保证这些 测出的功角是基于相同的坐标轴
对应的GPS作用：
PMU基本构成和原理
PMU基本功能
信号变换 接收GPS时钟信号 同步采样、数据时标 相量处理：电压/电流相量、 频率（偏差）、数字量等
误差测定
1.003 1.002 1.001 1 0.999 0.998 0.997 0.996
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
电压幅值误差曲线
0.06 0.04 0.02 0 -0.02 -0.04 -0.06 -0.MU研究现状
1988年，Virginia Tech 最早开发了PMU的原型机 美国1993年开展“美国西部电力系统协调委员会监控 用相角实时测量”项目 北美WSCC的基于相角测量的广域测量系统是目前规模 最大的，其中BPA、SCE和加州ISO电网的中央数据处理 器相互连接，系统中一共有77台采集装置 法国、日本、西班牙、韩国等国都开展了相角测量的 研究 IEEE在电力系统继电保护和控制委员会下成立一个专 门委员分会H-7，研究系统同步相角测量、通讯接口的 规则、推荐的标准等问题
到2004年底，WECC WAMS配置如下： 11个PDC单元，由9个数据拥有者操作 53个集成PMU 7个独立PMU 23个PPSM单元 10个不同种的监视单元 1996年6月2号和8月10号北美大停电时，WAMS数据 提供了相当有价值的信息，在停电后的大量技术回顾 中发挥了作用。在8月10日的事故中，在崩溃前期的几 分钟，WAMS数据记录指示应该立刻采取行动以帮助 系统复原。
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
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。
无人机电源管理单元
无人机电源管理单元无人机电源管理单元（Power Management Unit, PMU）是指控制和管理无人机电力系统的关键部件，其功能涵盖能源采集、存储和分配等多方面。
随着无人机技术的飞速发展，PMU的重要性也日益凸显。
本文将详细介绍无人机电源管理单元的作用、原理、技术特点以及发展趋势。
一、无人机电源管理单元的作用1. 能源采集：无人机的能源采集通常包括太阳能、燃料电池、发动机等，PMU需要负责将这些不同类型的能源进行有效整合和利用，以保证飞行任务的持续性和稳定性。
2. 能量存储：PMU需要对采集到的能源进行存储管理，以便在需要的时候为无人机提供稳定的电力支持。
常见的能量存储方式包括电池、超级电容、储能飞轮等。
3. 电力分配：根据无人机不同系统的需求，PMU需要对存储好的电能进行动态分配，以满足飞行控制、通信、传感等系统的电力需求，确保无人机各项任务的顺利完成。
二、无人机电源管理单元的原理1. 无人机特点：无人机具有飞行灵活、空间复杂等特点，因此对电源管理单元提出了较高的要求，需要PMU具备较高的智能化、可靠性和灵活性。
2. 电能管理：PMU需要对电能进行智能管理，包括对不同类型能源的有效采集和整合，对电能进行储存和分配等一系列管理控制。
3. 系统整合：PMU需要与无人机的飞行控制系统、通信系统、传感系统等各个部件进行紧密整合，以实现对电能的精准分配，确保无人机的各项功能正常运行。
三、无人机电源管理单元的技术特点1. 智能化：PMU需要具备较高的智能化水平，能够实时感知电能状态、智能分析各系统能量需求，做出相应的电力分配和优化。
2. 可靠性：无人机电源管理单元的可靠性要求较高，需要能够应对可能的异常情况，确保无人机的飞行安全。
3. 高效性：PMU需要能够通过有效的能源管理方法，最大限度地提高电能的利用效率，延长无人机的续航时间。
4. 灵活性：PMU需要具备较高的灵活性，能够适应不同环境、不同任务对电力特性的要求，确保无人机各项任务的顺利完成。
pmu工作原理
pmu工作原理
PMU（Phasor Measurement Unit）是一种用于电力系统监测和控制的设备，它通过采集电力系统中的电压和电流数据，实时计算和传输电力系统的相位角、频率和幅值等信息。
其工作原理如下：
1. 传感器采集：PMU通过高精度电压和电流传感器采集电力系统中各节点的电压和电流信号。
这些传感器通常安装在变压器等关键位置，以获取准确的电力数据。
2. 数字信号处理：采集到的电压和电流信号经过模数转换，转换为数字信号。
然后，通过数字信号处理技术，对这些信号进行滤波、采样和分析等操作，以提取所需的电力信息。
3. 相位计算：PMU通过对电压和电流信号进行相位计算，可以确定不同节点之间的相位差。
相位差是电力系统稳定性的重要指标之一。
4. 频率计算：通过对电力系统中的电压和电流信号进行频率计算，可以得到电力系统的频率。
频率是衡量电力系统运行状态和负荷平衡情况的重要指标。
5. 数据传输：PMU通过通信网络将计算得到的相位角、频率和幅值等电力信息传输到上级监控系统。
这些信息可以用于电力系统的潮流计算、状态估计和动态稳定分析等控制和监测操作。
通过以上工作原理，PMU可以实时监测电力系统的状态，帮助运维人员及时发现异常情况并进行调整。
它在提高电力系统的稳定性、可靠性和安全性方面发挥着重要作用。
电力系统PMU构成及原理课件1
(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 ；
t=0 (1 PPS)
signal x(t)
0度
Vm
t=0 (1 PPS)
-90度
30
31
5、PMU与其他装置的测量不同
U Um * 2 *COS(2* * f *t u ) Um/u I Im * 2 *COS(2* * f *t i ) Um/i
A
A
1PPS
t
RTU U m 、I m、u－i
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
U A* 2 *COS (2 * * f *t ) A /
2* * f *t
U为最大值的时间点为 tm(n)，（n=…,-2,-1,0,1,2,3,4,5,…）
t m (n) (2n 0 ) / 2f
当观察点为kT0时，根据同步相量定义计算出同步相量为:
s 2f (kT0 tm ) 2fkT0 2n 0 2 (kf nf0)T0 0
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
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。
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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
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。
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)
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
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
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
12
13 14
15
16Biblioteka 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
实时数据通道
离线数据通道 (动态、暂态录波)
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
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）