同步相量测量装置(PMU)培训教材

向量测量装置（PMU）基础知识（2010-5-13）
一、同步测量技术的基本原理
同步相量测量是利用高精度的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。

交流电力系统的电压、电流信号可以使用相量表示，相量由两部分组成，即幅值X（有效值）和相角φ，用直角坐标则表示为实部和虚部。

所以相量测
量就必须同时测量幅值和相角。

幅值可以用交流电压电流表测量；而相角的大小取决于时间参考点，同一个信号在不同的时间参考点下，其相角值是不同的。

所以，在进行系统相量测量时，必须有一个统一的时间参考点，高精度的GPS 同步时钟就提供了一个这样的参考点。

任意两个相量在统一时间参考点下测得的两个相角的“差”即为两地功角，这就是相量测量的基本原理。

设正弦信号：
可以采用相量表示为：
由式(2)可见，相量有两种表示方法：直角坐标法（实部和虚部）和极坐标
法（幅度值和相位）。

交流信号通过傅里叶变换，将输入的采样值转换到频域信号，从而得到相量值。

式(1)可以用相量的形式表示出来：
如图1-1 所示，V(t)代表变换器要处理的瞬时电压信号，通过傅里叶变换，电压或电流可以用相量的形式表示出来。

二、组成结构
1. 基本结构：
2. 基本实现方式：
3. 组合方式：
分为集中式和分布式组合方式，类同与原RTU与目前测控装置组合方式。

a) 集中式子站
集中式子站一般集中组屏，通信方式简单，通信电缆较少。

适用于集中主控式的变电站及发电厂和电厂开关站，PAC-2000 电力系统相量测量装置可以直接与多个主站通信。

b) 分布式子站
分布式子站能显著减少二次系统电缆长度，大大降低二次系统负载，工程设计灵活，降低安装工作量，提高测量精度。

适用于规模很大或测量信号分散的发电厂和变电站，PAC-2000 电力系统相量测量装置可以通过数据集中器来构建分布式子站，数据集中器将各PMU 的信息透明发送到主站，同时将主站的命令信息发送到各PMU 中。

三、主要功能
1. 相量测量装置的主要特点和技术关键：
a) 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。

b) 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。

c) 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。

d) 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。

e) 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。

f) 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。

2. 功能要求：
a) 应能同步测量安装点的三相基波电压、三相基波电流、电压电流的基波正
序相量、频率和开关量信号。

b) 安装在发电厂时宜具有测量发电机内电势和发电机功角的功能；条件具备时，能够测量发电机的励磁电压、励磁电流和转速信号。

c) 应至少能将所测的电压基波正序相量一次值、电流基波正序相量一次值、
频率、发电机内电势实时传送到主站。

d) 装置应具备同时向多个主站实时传送动态数据的能力。

e) 装置应能接受多个主站的召唤命令，实时传送部分或全部测量通道的动态数据。

3. 实现功能：
a)构建WAMS－广域测量系统，监测电力系统动态过程
–低频振荡检测
–负荷模型辨识
–发电机控制器的控制效果校评价
–仿真模型校核
–其他：机组一次调频评价、AGC辅助服务评价
b)构建广域控制系统，利用全局信息抑制电网低频振荡。

具体实例可见四方公司“同步相量测量技术基础”
四、国网Q/GDW 131-2006 技术规范
具体见标准，并对其中进行说明。