時間：2015年07月15日 分類：推薦論文 次數(shù)：
小編推薦站內(nèi)最受關(guān)注的電力雜志：《電力科學(xué)與工程》雜志為國家教育部主管，國內(nèi)外公開發(fā)行的科學(xué)技術(shù)類刊物。曾榮獲全國水利電力成果獎，并多次被評為電力部和河北省優(yōu)秀期刊。以報道電力工業(yè)科學(xué)技術(shù)的研究、開發(fā)與應(yīng)用為主。主要刊登發(fā)電、供電及電力系統(tǒng)和相關(guān)的自動化工程、機械工程、環(huán)境工程、計算機及其應(yīng)用，現(xiàn)代通信等方面的科技發(fā)展動態(tài)和最新成果。
摘要：簡要介紹了同步相量測量裝置的技術(shù)原理，綜述了在電力系統(tǒng)狀態(tài)估計與動態(tài)監(jiān)視、穩(wěn)定預(yù)測與控制、模型驗證、繼電保護及故障定位等方面的研究和應(yīng)用。現(xiàn)場試驗、運行以及應(yīng)用研究的結(jié)果表明，基于同步相量測量裝置的廣域測量技術(shù)，為保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供了新的方法和手段。
關(guān)鍵詞：全球定位系統(tǒng),相量測量裝置,廣域測量
20世紀(jì)90年代初，借助于全球定位系統(tǒng)(GPS)提供的精確時間，同步相量測量裝置PMU(phasor measurement unit)研制成功后[1]，目前世界范圍內(nèi)已安裝使用數(shù)百臺PMU。現(xiàn)場試驗、運行以及應(yīng)用研究的結(jié)果表明：同步相量測量技術(shù)在電力系統(tǒng)狀態(tài)估計與動態(tài)監(jiān)視、穩(wěn)定預(yù)測與控制、模型驗證、繼電保護、故障定位等方面獲得了應(yīng)用或有應(yīng)用前景。本文綜述了同步相量測量裝置的原理及其應(yīng)用。
1 同步相量測量技術(shù)原理
PMU的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，其基本原理為：GPS接收器給出1 pps信號，鎖相振蕩器將其劃分成一定數(shù)量的脈沖用于采樣，濾波處理后的交流信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器量化，微處理器按照遞歸離散傅立葉變換原理計算出相量。對三相相量，微處理器采用對稱分量法計算出正序相量。依照IEEE標(biāo)準(zhǔn)1344—1995規(guī)定的形式將正序相量、時間標(biāo)記等裝配成報文，通過專用通道傳送到遠端的數(shù)據(jù)集中器。數(shù)據(jù)集中器收集來自各個PMU的信息，為全系統(tǒng)的監(jiān)視、保護和控制提供數(shù)據(jù)。圖2示出了PMU與數(shù)據(jù)集中器的通信，可以采用多種通信技術(shù)，如直接連線、無線電、微波、公共電話、蜂窩電話、數(shù)字無線等。因特 網(wǎng)技術(shù)也可用于PMU數(shù)據(jù)通信，在通信和功能層應(yīng)用TCP/IP規(guī)約，可靈活控制PMU。數(shù)字信號處理、同步通信是同步相量測量技術(shù)的關(guān)鍵。防混疊濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器等器件的性能直接影響測量的精度。
圖1 PMU結(jié)構(gòu)框圖
圖2 PMU與數(shù)據(jù)集中器的通信
2 同步相量測量技術(shù)的研究與應(yīng)用
2.1 現(xiàn)場試驗及運行
20世紀(jì)90年代以來，PMU陸續(xù)安裝于北美及世界許多國家的電網(wǎng)，針對同步相量測量技術(shù)所進行的現(xiàn)場試驗，既驗證了同步相量測量的有效性，也為PMU的現(xiàn)場運行積累了經(jīng)驗。其中包括1992年6月，喬治亞電力公司在Scherer電廠附近的500 kV輸電線上進行了一系列的開關(guān) 試驗[2]，以確定電廠的運行極限并驗證電廠的模型;1993年3月，針對加利福尼亞—俄勒岡輸電項目所進行的故障試驗[3]等。試驗中應(yīng)用PMU記錄的數(shù)據(jù)結(jié)果與試驗結(jié)果相當(dāng)吻合。
我國黑龍江省東部電網(wǎng)區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)中裝設(shè)的基于GPS的相量測量裝置，在1997年6月29日的一次故障中記錄了3個不同地點的動態(tài)數(shù)據(jù)，包括各點之間的相位差信息[4]。我國南方電網(wǎng)骨干聯(lián)絡(luò)線天廣500 kV線路的功角振蕩也已可在電網(wǎng)調(diào)度中心實時觀測。
2.2 研究與應(yīng)用領(lǐng)域
目前，同步相量測量技術(shù)的應(yīng)用研究已涉及到狀態(tài)估計與動態(tài)監(jiān)視、穩(wěn)定預(yù)測與控制、模型驗證、繼電保護及故障定位等領(lǐng)域。
(1) 狀態(tài)估計與動態(tài)監(jiān)視。狀態(tài)估計是現(xiàn)代能量管理系統(tǒng)(EMS)最重要的功能之一。傳統(tǒng)的狀態(tài)估計使用非同步的多種測量(如有功、無功功率，電壓、電流幅值等)，通過迭代的方法求出電力系統(tǒng)的狀態(tài)，這個過程通常耗時幾秒鐘到幾分鐘，一般只適用于靜態(tài)狀態(tài)估計。
應(yīng)用同步相量測量技術(shù)，系統(tǒng)各節(jié)點正序電壓相量與線路的正序電流相量可以直接測得，系統(tǒng)狀態(tài)則可由測量矢量左乘一個常數(shù)矩陣獲得，使得動態(tài)狀態(tài)估計成為可能(引入適當(dāng)?shù)南嘟?測量，至少可以提高靜態(tài)狀態(tài)估計的精度和算法的收斂性)[1]。將廠站端測量到的相量數(shù)據(jù)連續(xù)地傳送至控制中心，描述系統(tǒng)動態(tài)的狀態(tài)就可以建立起來。一條4800或9600波特率的普通專用通信線路可以維持每2～5周波一個相量的數(shù)據(jù)傳輸，而一般的電力系統(tǒng)動態(tài)現(xiàn)象的頻率范圍是0～2 Hz，因而可在控制中心實時監(jiān)視動態(tài)現(xiàn)象。
(2) 穩(wěn)定預(yù)測與控制。同步相量測量技術(shù)可在擾動后的一個觀察窗內(nèi)實時監(jiān)視、記錄動態(tài)數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以預(yù)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制決策。文獻[5]介紹了基于同步相量測量技術(shù)，采用模糊神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進行預(yù)測和控制決策，取PMU所提供的發(fā)電機轉(zhuǎn)子角度以及由轉(zhuǎn)子角度推算出的速度(變化率)等作為神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的輸入，輸出對應(yīng)穩(wěn)定、不穩(wěn)定。在弱節(jié)點處安裝PMU，可以觀測電壓穩(wěn)定性。PSS利用PMU所提供的廣域相量作為輸入，構(gòu)成全局控制環(huán)，可以消除區(qū)域間振蕩。
(3) 模型驗證。電力系統(tǒng)的許多運行極限是在數(shù)值仿真的基礎(chǔ)上得到的，而仿真程序是否正確在很大程序上取決于所采用的模型。同步相量測量技術(shù)使直接觀察擾動后的系統(tǒng)振蕩成為可能，比較觀察所得的數(shù)據(jù)與仿真的結(jié)果是否一致以驗證模型，修正模型直到二者一致。
(4) 繼電保護和故障定位。同步相量測量技術(shù)能提高設(shè)備保護、系統(tǒng)保護等各類保護的效率，最顯著的例子就是自適應(yīng)失步保護。對于安裝在佛羅里達—喬治亞聯(lián)絡(luò)線上的一套自適應(yīng)失步保護系統(tǒng)，從1993年10月到1995年1月的運行情況分析表明，PMU是可靠和有價值的傳感器[6]。另一個重要應(yīng)用是輸電線路電流差動保護，在相量差動動作判據(jù)中，參加差動判別的線路二端電流相量必須是同步得到的，PMU即可提供這種同步相量[7]。
對故障點的準(zhǔn)確定位將簡化和加快輸電線路的維護和修復(fù)工作，從而提高電力系統(tǒng)供電的連續(xù)性和可靠性。傳統(tǒng)的單端型故障定位方法是基于電抗測量原理，這種方法的精度將受故障電阻、系統(tǒng)阻抗、線路對稱情況和負(fù)荷情況等多種因素的影響。解決這一問題的根本出路是利用線路兩端同步測量的電壓和電流相量進行故障距離的求解，能獲得高精度和高穩(wěn)定性的定位結(jié)果。
2.3 廣域測量系統(tǒng)
電力系統(tǒng)的穩(wěn)定已是越來越突出問題。以PMU為基本單元的廣域測量系統(tǒng)可以實時地反映全系統(tǒng)動態(tài)，是構(gòu)筑電力系統(tǒng)安全防衛(wèi)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
美國西部電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)委員會(WSCC)在1994年啟動了廣域測量系統(tǒng)(Wide Area Measurement System-WAMS)計劃，WSCC在LabView和Matlab的基礎(chǔ)上編寫了動態(tài)信息技術(shù)軟件包作為信息管理系統(tǒng)的基本工具。文獻[8]介紹了在法國實施的基于廣域測量系統(tǒng)的主要針對暫態(tài)失穩(wěn)的協(xié)調(diào)防衛(wèi)計劃。防衛(wèi)系統(tǒng)由處理子系統(tǒng)和通信子系統(tǒng)構(gòu)成。處理子系統(tǒng)采用協(xié)調(diào)集中式的結(jié)構(gòu)，其決策中心實時處理并比較來自各區(qū)域的同步相角測量，一旦預(yù)測將要發(fā)生暫態(tài)失穩(wěn)就實施必要的控制措施。通信子系統(tǒng)采用微波或衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)作為通信信道，從預(yù)測失穩(wěn)到完成控制，這一系統(tǒng)可在1.07s以內(nèi)完成。
文獻[9]針對我國臺灣省電力系統(tǒng)提出了一種基于廣域相量測量的補救性控制方案。利用PMU監(jiān)測各發(fā)電機和主要的超高壓輸電線，控制中心集中全系統(tǒng)的實時相角測量，由故障檢測/定位系統(tǒng)精確地檢測/定位故障，從而啟動控制措施。
我國在黑龍江、湖南、廣東等電網(wǎng)安裝了部分PMU。文獻[10]設(shè)計了我國湖南電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)對電網(wǎng)重要節(jié)點的電壓相量、發(fā)電機功角等運行變量進行實時測量和同步處理，在湖南省電力調(diào)度中心獲得電網(wǎng)的廣域測量。
3 結(jié)束語
以同步相量測量裝置為基礎(chǔ)的廣域測量系統(tǒng)為電力系統(tǒng)提供了新的安全監(jiān)控手段，已經(jīng)或?qū)⒃跔顟B(tài)估計與動態(tài)監(jiān)視、穩(wěn)定預(yù)測與控制、模型驗證、繼電保護及故障定位等方面獲得實際應(yīng)用。合理配置和充分利用同步相量信息，提出和實施廣域電力系統(tǒng)運行與控制，特別是構(gòu)筑新一代安全防衛(wèi)系統(tǒng)，防止大停電事故的發(fā)生等都需要進一步研究。因此，應(yīng)盡快開發(fā)滿足上述要求的同步相量測量裝置或系統(tǒng)。
4 參考文獻
[1] A.G.Phadke.Synchronized Phasor Measurements in Power Systems[J].IEEE Computer Applications in Power,1993,6(2):10～15.
[2] R.O.Burnett et al.Synchronized Phasor Measurements of a Power System Event[J].IEEE Trans.on Power Systems,1994,9(3):1643～1650.
[3] J.F.Hauer.Validation of Phasor Calculations in the Macrodyne PMU for California-Oregon Transmission Project Tests of March 1993.IEEE Trans.on Power Delivery,1996,11(3):1224～1231.
[4] 閔 勇.一次系統(tǒng)事故的同步相量測量結(jié)果分析.電力系統(tǒng)自動化，1998，22(7)：10～13.
[5] 劉玉田，林 飛.基于相量測量技術(shù)和模糊徑向基網(wǎng)絡(luò)的暫態(tài)穩(wěn)定性預(yù)測.中國電機工程學(xué)報，2000，20(2)：19～23.
[6] V.Centeno,et al.An Adaptive Out-of-Step Relay.IEEE Trans.on Power Delivery,1997,12(1):61～71.
[7] 高厚磊，江世芳，賀家李.輸電線路新型電流差動保護的研究.中國電機工程學(xué)報，1999，19(8)：49～53.
[8] O.Faucon and L.Dousset.Coordinated Defense Plan Protects Against Transient Instabilities[J].IEEE Computer Applications in Power,1997,10(3):22～26.
[9] Y.-J.Wang et al.A Remedial Control Scheme Protects Against Transient Instabilities Based on Phasor Measurement Units(PMUs)-A Case Study.IEEE Power Engineering Society Summer Meeting,July 2000,Seattle,USA,1191～1195.
[10] 苗世洪.基于GPS的電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).電力系統(tǒng)自動化，2000，24(12)：52～54.