同步相量测量(PMU)系统改造与应用
pmu技改方案
pmu技改方案一、背景介绍PMU（Phasor Measurement Unit）是一种基于同步电力系统的相量测量设备。
其作用是实时测量系统中的电压、电流相位和频率等参数，通过高速采样和数据传输，提供准确的电力系统状态信息。
随着电力系统的快速发展和智能化需求的不断增加，PMU的技术改进和升级变得必要和紧迫。
二、技改目标1. 提升测量精度：对于传统电力系统中存在的误差和不确定性问题，通过技术改进，提高PMU的测量精度，减少测量误差，保证数据的准确性。
2. 增强实时监测能力：通过改进PMU的采样率和数据传输速度，实现对电力系统实时运行状态的快速监测，提高对系统异常情况的捕捉能力，为系统调度和控制提供及时准确的信息。
3. 拓展应用领域：通过技术改进，使PMU可以适应更广泛的应用场景，包括配电网、新能源系统和微电网等。
三、技改方案1. 硬件改进（1）传感器更新：采用更高精度的传感器，提升PMU对电压、电流相位和频率等参数的测量精度，降低传感器的非线性误差和温度漂移对测量结果的影响。
（2）数据采样率提升：提高PMU的数据采样率，将其与系统节拍匹配，确保准确高效的数据采集，减少因采样频率不匹配引起的测量误差。
（3）数据传输速度优化：采用更高速的数据传输方式，提高数据的传输速度，确保实时性和准确性。
2. 软件改进（1）算法优化：对于PMU数据的处理和计算算法进行优化，提高数据处理的速度和准确性，降低计算过程中的误差。
（2）故障检测和诊断：通过改进故障检测和诊断算法，提高对电力系统故障的识别和定位能力，提前预警和防止系统事故的发生。
（3）数据存储和管理：优化数据存储和管理系统，提高数据的处理效率和可靠性，保证数据的完整性和安全性。
四、实施步骤1. 技术调研和方案设计：对现有PMU技术进行调研，制定技改方案，并进行详细的技术设计和方案规划。
2. 硬件改造：根据方案设计，对PMU设备进行硬件改造，更新传感器、提升采样率和数据传输速度。
PMU同步相量测量系统简介
EMS系统侧重于监测系统稳态运行，测量周期通常是秒级， 而且不带时标，不同地点之间缺乏准确的共同时间标记。
WAMS介绍
继电保护及故障录波数据的采样频率都在几千HZ以上，带 有时标，但是只在发生故障时采集故障点附近的数据，记录数 据只是局部，并且待续时间短，通常在数秒之内，难以用于对 全系统动态行为的监视和分析。
✓ 发电机功角的计算
一般测量发电机功角的方法有3种： ①利用发电厂或变电站测量的电压、电流和功率计算出功角； ②利用键相脉冲检测转子的位置； ③利用转速信号计算功角。
相量概念
正弦信号：
xt 2X sint
采用相量表示为：
X = Ｘ e jφ ＝X cosφ + jX sinφ
相量由两部分组成，即幅值X（有效值）和相位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 和相位。
✓ 对静态稳定监视来说，相角测量将为SCADA系统增加一个新的 数据状态量，加快潮流计算的速度。
发电机功角测量
✓ 功角是指发电机空载电势相量Eq与机端电压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 列运行稳定性的一个很重要的状态量。正常状态发电机功角在30度左 右运行，当功角在90度时是极不稳定的状态，稍有波动过一点就不能 再同步了。
GD GD GD GD T2 U3
HELP ALPHA
V0 W.X YZ SHIFT
PMU1
PMU2
➢ 利用GPS的秒脉冲作为统一的时间参考点，测得输电线两端的
电压相量为 U11,U22, 1 2
➢ 两地相角差δ实际上是指在同一时刻两个节点正序电压的相角 差，它是系统运行的重要状态变量之一。利用这个角度，可以得 知两端电力潮流的方向与大小；相角差的大小也反映了静稳裕度 的大小，它的周期变化就表明系统发生了功率振荡。
快捷发现同步相量测量装置(PMU)运行异常的方法及应用 胡建明
快捷发现同步相量测量装置（PMU）运行异常的方法及应用胡建明摘要：同步相量测量装置主要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，在测量过程中，对电力系统中的电压电流及频率的复制和相交进行有效测量，在目前的电力调度系统中得到了有效的应用，其运行状态具有突出的特点，不但在快速性和准确性方面达到了监测要求，同时在监测质量方面也满足了监测需要。
因此，我们应当根据监测的实际需要，合理选择同步相量测量装置，并对其优势和检测过程进行全面分析。
对当前同步相量测量装置的运行实际和特点深入了解之后，对其运行异常的原因进行分析并制定有效的应用方法，对于提高电力调度系统的运行效果具有重要作用。
关键词：同步相量测量装置；运行异常；方法；应用引言基于电力调度系统的运行需要以及电力调度系统的设计特点，在运行过程当中我们应当掌握其运行优势和运行需求，根据运行的特点采取有针对性的监测方式，提高监测质量。
结合当前电力调度系统的运行实际PMU子站和WAMS主站通信流程，主要的通信方式在通信过程中受到装置运行的影响和装置特点的影响，容易出现PMU数据的异常。
因此，掌握正确的分析方法，做好PMU子站与WAMS主站通讯系统的分析，能够为整个电力调度系统的运行监测提供有效帮助，为PMU装置的有效运行奠定良好的基础。
一、WAMS主站与PMU子站通信流程WAMS主站与PMU子站在通信过程当中采取了实时通信的方式，其通信协议主要以TCP协议为主，在通信中需要建立专门的管道，传输管道主要包括管理管道和数据管道两种形式，其中管理管道是在子站和总站之间传递管理信息，以及记录数据的双向传输通道。
数据管道是单向通道，主要是满足子站向主站上传实时数据的实际需要，在具体应用中采用采油实时数据传输的方式，掌握PMU子站的运行状况，PMU子站及时的向WAMS主站传输系统数据，对于提高PMU子站的运行质量和满足PMU子站的运行需要具有重要作用。
因此，这种数据传输模式，是WAMS与PMU子站通信的主要方式[1]。
同步相量测量装置在水电厂的应用
水利水电158 2015年54期同步相量测量装置在水电厂的应用平金伟华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂，云南南涧 675702摘要：同步相量测量装置（PMU）是电力系统安全稳定运行监测的重要手段、也是电网监测低频振荡及故障录波的重要设备，其最关键的技术要求就是在高精度测量基础上的同步性和实时性。
本文结合小湾电厂同步相量测量装置（PMU），阐述装设PMU 的必要性、系统构成、原理及其应用。
关键词：同步相量；PMU；时钟同步中图分类号：TM933.312 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)54-0158-01小湾电厂同步相量系统采用PAC-2000D分布式相量测量装置，对小湾6台机组及三条线路电气量实时同步测量，设备自2009年投运以来运行良好，提高了电力系统在线监测和实时控制技术水平，同时提供电网实时数据为电网安全稳定运行分析提供了强有力的依据。
1 设置PMU装置的必要性传统电力系统监测手段难以用于对全系统动态行为的分析。
缺乏精确有效的广域同步时钟，不满足实时性要求，给电力系统的计算和控制引发诸多困难。
值班员只能根据潮流、依靠经验间接判断系统的稳定性，给调度工作带来难度和压力。
随着高精度卫星（GPS/北斗）定位技术的发展，为进一步研究电力系统同步监测技术提供了一种新的手段，解决了在高精度测量的基础上的同步性和实时性的问题，为PMU装置的发展提供了技术保障。
2 系统构成小湾电厂PAC-2000D分布式相量测量装置由内电势测量单元（PAC-2000E）、数据采集单元（PAC-2000S）、数据集中处理单元(PAC-2000P)、多功能时间同步系统(PAC-2010)及相应的通讯设备构成。
数据采集单元主要对相电压、相电流、开关量和直流励磁电压、励磁电流等的实时同步测量。
数据集中处理单元完成实时数据处理、本地存储、远方通信、显示等功能。
授时单元接收卫星信号并向数据采集单元提供秒脉冲信号和时间信息。
同步化相量测量在电网中的应用
同步相量测量在电网中的应用谢齐家 高压所摘要：同步相量测量技术已经成为成熟的技术，已有数个国际制造厂可以生产符合主流工业标准的同步相量测量装置（PMU ，Phasor Measurement Unit ）。
在经历的几大电网的大停电后，PMU 的用处逐渐被重视，在电网中安装PMU 是世界范围内几大电网目前的重要活动之一。
本文简要介绍了PMU 和广域测量系统（WAMS ，Wide-Area Measurement System ），并讨论了这些测量技术在改善电力系统监测、保护和控制方面的用处。
关键词：同步相量测量，广域测量系统1. 引言同步相量测量装置PMU 是1980年代首次提出的，而今已成为成熟的技术，在全世界范围内得到广泛发展和众多应用。
世界上几个主要电网发生的大停电再次推动了大范围应用PMU 和WAMS 测量技术。
系统分析师可以根据PMU 提供的精确数据，确定导致大停电的一系列事件的确切顺序，进而找到导致系统大停电的确切诱因和故障点。
随着WAMS 应用经验的积累，很自然地会发展相量测量的其他应用，已经有重要文献介绍相量测量在系统监视、保护和控制方面的应用。
2. 相量测量装置 2. 1 传统相量定义众所周知，一个正弦波可用唯一的复数表示。
考虑正弦波信号()cos()m x t X t ωφ=+用相量表达为：sin )j X j φφφ==+相量表达方式的幅值为正弦信号的均方根值，相位及角度φ。
值得注意的是信号频率ω是在相量中隐含表达的，这也就要求了能够相提并论的相量具有相同的频率。
但是这个概念在实际的相量测量时不得不做相应修改，因为输入信号不是稳定的，甚至其频率也可能发生变化。
2. 2 相量测量概念虽然一个常相量对应一个固定的正弦波，然而实际测量只使用了有限数的据窗口进行测量，有许多PMU 测量的数据窗口仅为一个基波周期。
如果电力系统的频率不等于其标称值，则PMU 在给出相量测量结果之前需要确定基波的周期。
同步相量测量控制装置的原理与应用
Technology Forum︱410︱2016年11期同步相量测量控制装置的原理与应用汪夏斌广东惠州天然气发电有限公司，广东 惠州 516082摘要：利用PMU 装置可以实现对电厂甚至全电网的功角稳定情况进行全面的监测，为功角稳定提供了最丰富、最可靠的数据。
文章介绍了SMU-1系列PMU 装置的系统构成与同步相量测量的实现方法，指出了在电厂实现PMU 控制的优势所在。
关键词：同步相量；测量；功角；控制；中图分类号：P335+.1 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2016）11-0410-02前言 随着全球和地区经济一体化的步伐加快，由于能源分布和经济发展的不平衡及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。
而电网互联而产生的电网稳定运行等问题也日益突出,近年来欧美等发达国家相继发生了多起大停电事故，给相应的国家造成了不可估量的损失。
对电网互联运行安全的最大威胁是运行稳定性的破坏。
电力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。
其中功角稳定又分暂态稳定和系统低频振荡。
建立广域电网的稳定监视及控制系统具有重要的意义，它可为功角稳定提供最直接的原始数据。
我国将逐年实现全国联网。
为配合全国联网，进一步加强电力系统调度中心对电力系统的动态稳定监测和分析能力，需要在重要的变电站和发电厂安装同步相量测量装置，构建电力系统实时动态监测系统，并通过调度中心分析站实现对电力系统动态过程的监测和分析。
该系统将成为电力系统调度中心的动态实时数据平台的主要数据源，并逐步与EMS 系统及安全自动控制系统相结合，以加强对电力系统动态安全稳定的监控。
1 SMU-1系列同步相量测量控制装置的基本单元构成 我厂采用的是南京南瑞公司生产的SMU-1型同步相量测量控制装置。
SMU-1系列同步相量测量控制系统在我厂的网络结构图如下：图1 PMU 网络结构图（1）SMU-1GPS 时钟同步单元主要通过接受外部GPS 信号，通过将该信号进行转换后，通过光纤方式，将GPS 报文信息、1PPS 信号、同步信号等向各个SMU 测量单位进行发送，以保证在每个单元上的时钟与中调主站是保持完全一致的。
PMU在电力系统中的运用
道传 送 到远端 的数 据集 中器 。数据 集 中器收集 来 自 各个 Ｐ ＭＵ的信息 为全 系统 的监 视 、 保护 和控 制提 供
数据 。相 角 的测量 是 相 量测 量 中的 关键 ， 间误 差 时 １ｓ ｍ 就会 带 来 １ 。 频 相 角 误 差 ， 量 误 差 若 要 求 ８工 测
２１ ０ ２年 １ 第 １ 月 ５卷 第 １ 期
２ １ ０ ２，Ｖｏ ，１ ｌ ５，Ｎ ． ｏ１
贵州 电力技术
ＧＵＩ ＺＨＯＵ ＥＬＥＣＴＲＩ Ｃ ＰＯＷ ＥＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
专题研讨
Ｓｐ ｃａ ｐｏ ｅ ｉｌＲｅ ａｓ
Ｐ ＭＵ在 电 力 系统 中 的 运 用
黄 飞， 戴培培
关键词 ： 同步相 量； 测量单元 ； 广域测量 ； 系统 电力
文 章 编 号 ：０ ８— ８ Ｘ ２ １ ） １— ０ ７— ３ 中 图 分 类 号 ：Ｍ １０ ０ ３ （ ０ ２ ０ ０４ ０ Ｔ ７ 文献 标 识 码 ： Ｂ
１ 前 言
同步 发 电机 并 网运 行后 ， 电机 功 角是 一 个很 发
建、 四川 、 河南 等 。通 过 现场 试 验 、 运行 以及 研 究结 果表 明 同步相 量测 量单 元在 电力 系统状 态估计 与动 态监 视 、 稳定 预测 与控制 、 型验证 、 电保护 、 障 模 继 故 定位 等方 面获 得 了应 用 。
发 电机功 率角 ， 母线 电压 相 角 等一 系 列 重要 状 态 变
域 测 量 系 统 （ ｄ — Ａ ｅ ａｕｅ ｅ ｔ ｙｔｍ． ｗｉｅ ｒａ Ｍｅｓ ｒｍ ｎ Ｓｓ ｅ
ＷＡ ） 给 电力 系统 的监测 、 ＭＳ ， 分析 和 控 制提 供 了新
・
同步相量测量pmu作用
同步相量测量pmu作用
同步相量测量装置（PMU）是一种利用全球定位系统（GPS）秒脉冲作为
同步时钟构成的相量测量单元。
它可以测量电力系统枢纽点的电压相位、电流相位等相量数据，并通过通信网络将这些数据传输到监测主站。
PMU在电力系统的动态监测、系统保护和系统分析和预测等领域中发挥着
重要作用。
在遭遇系统扰动时，PMU可以帮助监测主站确定系统如何解列、切机及切负荷，防止事故的进一步扩大甚至电网崩溃。
此外，PMU还可用
于电力系统状态估计与动态监视、稳定预测与控制、模型验证、继电保护和故障定位等方面。
目前，世界范围内已安装使用数百台PMU。
这些装置的应用证明了同步相
量测量技术在保障电网安全运行中的重要性和有效性。
如需了解更多关于PMU的信息，建议咨询专业人士或查阅相关文献资料。
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同步相量测量(PMU)系统改造与应用
作者：李丹
来源：《城市建设理论研究》2013年第28期
摘要：同步相量测量就是在电厂和变电站实时测量相角（包括发电机的功角和母线电压相角）等电气参量，利用全球定位系统(GPS)实现时钟同步,并把打上时标的电气参数利用高速数据通道传输到调度中心的调度自动化系统。
使相关运行人员实时监视系统母线电压向量和发电机的功角变化；同时，由于提供了精确实测的电网状态参数，可以使以前只能离线计算的电力系统稳定分析等更准确地用于实时计算，从而实时地进行动态安全分析，对运行的电力系统实现预防性控制、紧急控制。
关键词：同步相量测量；实时测量；GPS；数据传输；动态安全分析
中图分类号：P228.4文献标识码： A
前言
随着电力系统规模的日益壮大, 现代电力系统的结构及运行方式也日趋复杂，为保证电力系统的稳定运行，可靠、动态实时的监控具有十分重要的意义。
目前主体的监测手段集中于稳态和局部监控阶段,电网的实时动态同步量测工作,对于系统的运行调度来说缺少有效的监测管理平台。
同步相量测量装置是电力系统实时动态监测系统的基础和核心，它能为电力系统的安全稳定运行提供有力的监测手段，同步相量测量装置利用高精度的GPS卫星同步时钟实现时钟同步,并把打上时标的电气参数利用高速数据通道传输到中调，使相关人员实时监视系统母线电压向量和发电机的功角变化，极大提高电力系统的监控水平和稳定运行水平。
同时通过同步相量装置将有时标的一次调频信息、发电机及励磁系统电气量信号上传到中调，提高电网对各厂站发电机监视功能，有利于电网异常运行情况分析。
一．我厂PMU现状
我厂有四台发电机组，其中1号机和2号机为两台220MW机组，3号机和4号机为两台300MW机组，四台发电机全部采用三级励磁方式。
原同步相量测量装置采用河海大学与河南省电力公司共同开发生产同步相量测量装置，于2003年投入运行。
原系统主屏安装在#2机电气保护室，配有相量测量装置主机、GPS授时单元和#1机相量测量单元及#2机相量测量单元。
辅屛安装在#3机电气保护室，配有#3机相量测量单元和#4机相量测量单元，通过控制电缆与主屏连接传输信号。
原装置属早期科研产品，整套装置在技术性能和测量信号数量（测量模拟信号和开关信号）已不满足国网公司2006年颁布的《电力系统同步相量标准》、《电力
系统实时动态监测技术规范》，通讯接口不满足河南省电力公司调【2010】13号文《关于做好调度双平面电厂接入工作的通知》。
2012年我厂同步相量测量装置进行技术更新，新的同步相量测量装置采用上海铱控电力科技有限公司生产的同步相量测量（PMU）系统，新系统有2面屏柜组成，同步相量主屏一面，分屏一面。
主屏安装在#3机电气保护室，主要有数据集中处理单元、交换机、GPS授时单元、显示器、后台机、#3机同步相量采集和测量装置、#4机同步相量采集和相量测量装置等。
辅屏安装在#2机保护室，主要进行#1机和#2机数据采集和相量测量。
二．同步相量测量（PMU）系统结构
我厂安装同步相量测量系统是河南电网广域相量测量系统子站，主站在河南省电力公司。
整个系统由调度自动化主站、通道和厂站端子站三大部分构成(见图1)。
图1 同步相量测量系统结构
三、同步相量测量（PMU）装置的主要特点
3.1. 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。
3.2. 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。
3.3. 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。
3.4. 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。
3.5. 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。
3.6. 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。
四．我厂同步相量测量系统（PMU）子站配置
4.1 我厂PMU系统相量采集单元的配置
大唐首阳山的PMU系统配置5台相量采集装置，分别称作1N、2N、3N、4N和5N。
1N、2N配置两套采集模块，分别完成两台机组的信息采集，安装在原有的PMU屏内，各采集装置的模块配置如下表：
4.2表中1N、2N，完成#1～#2发电机的PMU信息采集，采集的量有：
（1）＃1～#2发电机机端三相电压、电流、内电势、功角。
（2）＃1～#2发电机键相脉冲信号。
（3）＃1～#2发电机励磁电压、励磁电流、机组转速、电网频率、调节级压力、一次调频修正前负荷指令信号、一次调频修正后负荷指令信号等7个信号，本装置共可接入22路4-20mA量。
（4）＃1～#2发电机的一调频动作信号、CCS调频功率号等2路开关量信号，本装置共可接入32路。
4.3表中3N、4N、5N，完成#3～#4发电机的PMU信息采集，采集的量有：
（1）＃3～#4发电机机端三相电压、电流、内电势、功角,6KV厂用电A段电压、6KV 厂用电B段电压。
（2）＃3～#4发电机键相脉冲信号。
（3）＃3～#4发电机励磁电压、励磁电流、励磁机的励磁电压、机组转速、电网频率、调节级压力、一次调频修正前负荷指令信号、一次调频修正后负荷指令信号等25个信号，本装置共可接入57路4-20mA量。
（4）＃3～#4发电机的一调频动作信号、一次调频投入退出信号、AVR自动手动信号、PSS投入退出信号等17路开关量信号，本装置共可接入80路。
4.4PMU技术性能指标
（1）实时监测数据的输出速率可以设置为25、50、100次/秒。
（2）实时记录数据的记录速率用户可整定，可以设置为25、50、100次/秒。
（3）暂态录波的最高记录速率为4800次/秒（96点/周波），用户可整定。
（4）暂态录波的记录通道为装置的全部测量通道。
（5）暂态录波的启动判据如下：
频率变化率越限；电压突变；电流突变；频率越限；电压越限；电流越限；功角越限；低频振荡；开关量变位；接收主站的触发命令。
五．PMU调试
5.1.单元装置调试：
（1）模拟量调试，检查PMU采集到发电机各模拟量数据与机组实际运行数据相符。
装置内部计算数据如发电机有功功率、无功功率、频率等与机组实际负荷相同。
（2）开关量调试，检查与实际相符。
模拟开关量动作状态正确。
5.2装置系统调试:根据发电机及相关设备实际参数配置系统参数，主机与各相关下位机通讯及数据检查。
5.3与中调联调，检查PMU装置与中调主站通讯正常，与中调核对传输数据一致。
六．结束语
PMU系统具备实时监测、实时记录、暂态记录、发电机内电势及功角监测、时钟同步、运行监视、数据分析、故障自恢复及通信等功能。
同时，由于提供了精确实测的电网状态参数，可以使以前只能离线计算的电力系统稳定分析等更准确地用于实时计算，从而实时地进行动态安全分析，对运行的电力系统实现预防性控制、紧急控制。
七．参考文献
【1】.;《电力系统相量测量装置》中国电力科学研究院 2008年
【2】.;Q/GDW 131-2006电力系统实时动态监测系统技术规范
【3】. 国网公司2006年《电力系统同步相量标准》。