PMU(同步相量测量装置)的检测技术 及误差处理措施分析
某电厂PMU装置运行异常的原因分析及对策
某电厂PMU装置运行异常的原因分析及对策【摘要】本文详细叙述了某电厂PMU装置运行异常的表现，并针对该异常进行分析，找出原因，进而提出一些改进措施。
【关键字】PMU；异常；措施引言2012年5月23日NCS发出同步相量测量装置（PMU）异常信号——“公用测控（开入41）PMU主屏II装置异常”，查看装置自检信息后，发现近段时间主要有以下告警信息：A、存储卡异常；B、B08板时标不一致（间隔2小时）；C、WAMS主站通信中断（偶尔发生）。
与主站侧联查，发现PMU上送调度的非实时数据不能正常送达，主站侧已通过xxxx端口向厂站侧PMU发起进行建立链接的请求，但PMU却不能上送数据。
1、原因分析1.1厂站PMU的作用PMU主要用于电力系统同步相量测量，以及暂态和动态过程的记录和上送，是确保电力系统安全的一个重要系统。
采集对象包括：母线、线路、主变的交流量和开关量，机组交流量、直流量、开关量和键相脉冲等。
PMU的时间同步精度优于1?s，同步相量角度误差小于1°，实时数据上传速率可达100帧/秒，动态数据在100帧/秒的高速率下具有不少于14天的记录容量。
PMU通过调度数据网向WAMS主站上送实时数据、动态和暂态录波数据，与WAMS主站共同构成广域测量系统WAMS（wide area measurement system），实现区域以及跨区域大电网的动态监测、事故分析和安全预警。
1.2异常原因分析A、存储卡异常：查看具体告警信息及相关资料，此异常一般为手动关电重启装置时出现，重启完成自动恢复，属正常现象。
之前曾对装置进行过软件版本升级，当时有重启过装置，因此，出现此告警信息属正常现象。
1.3改进措施存储卡异常告警一般是手动重启装置时留下的告警信息，之前曾对装置进行过软件版本升级，当时有重启过装置，因此，出现此告警信息属正常现象，无需处理。
B08板时标不一致可能产生的原因有几个，本次确认为PMU装置GPS天线蘑菇头损坏。
摘要同步相量测量装置
摘要同步相量测量装置(PMU)是广域测...基于DSP的同步相量测量装置的研究1733摘要同步相量测量装置(PMU)是广域测量系统(WAMS)中关键设备之一。
本文设计基于DSP(TMS320LF2407A)双CPU结构的PMU，详述其硬件构成，并对其中的数据采集、GPS 授时、数据通信部分作进一步阐述。
在软件系统中引入实时操作系统μC／OS-II，确保整个系统的实时性和可靠性。
关键词同步相量测量装置PMU DSP双CPU μC／OS-II GPS引言随着全球卫星定位系统(GPS)的广泛应用，基于GPS的实时相量测量装置PMU(Phase Measurement Unit)很好地解决了电力系统广域空间同步测量的问题，并形成了电网广域测量系统WAMS(Wide Area Measurement System)。
PMU在全网统一的时间坐标系下(通过接收GPS的同步时钟信号)，对电力系统不同节点的电压和电流进行同步采样，通过数据处理生成各节点电压、电流的正序相量，由GPS给每个相量打上时间标签，然后将这些信息实时传送到控制中心。
控制中心在统一的时标下，根据各个PMU的测量信息对电力系统的状态进行分析，进行全电网的稳定控制、事故预警等。
本文提出的PMU构成方案，充分利用了数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor)的集成资源，采用双CPU结构，以GPS秒脉冲为同步时钟信号，结合高速14位A／D芯片进行采样，并以USB 2．0接口、CAN总线接口和以太网接口相结合的通信方式实现高速、大容量的数据传输。
软件没计采用μC/OS-II实时操作系统，保证了装置的实时性和可靠性。
1 PMU的构成与硬件实现作为WAMS的关键组成部分，实时性和可靠性是最重要的，因此PMU的设计也应以此为依据。
PMU的原理框图如图1所示。
来自PT／CT二次侧的电信号经前置滤波，变为适合DSP处理的小信号。
然后，根据GPS 输出的同步时钟秒脉冲(PPS)经DSP(No．2)内部的捕获单元产生满足时间同步和频率同步要求的异地同步采样信号，启动A／D转换。
PMU检测装置介绍
20世纪90年代初,基于全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的相量测量单元(Phasor Measurement Unit,PMU)的成功研制,标志着同步相量(synchrophasor)技术的诞生。
然而由于当时商业GPS技术条件的限制以及缺少高速通信的网络,PMU直到最近几年才在电力系统中的广泛应用PMU(phasor measurement unit 相量测量装置 ) 是利用 GPS 秒脉冲作为同步时钟构成的相量测量单元 , 可用来测量电力系统在暂态过程中各节点的电压向量，已被广泛应用于电力系统的动态监测、状态估计、系统保护、区域稳定控制、系统分析和预测等领域，是保障电网安全运行的重要设备。
在电力系统重要的变电站和发电厂安装同步相量测量装置（PMU），构建电力系统实时动态监测系统，并通过调度中心分析中心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SCADA/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。
PMU 子站系统上传数据有：发电机功角、内电势、机端三相基波电压相量、机端基波正序电压相量、机端三相基波电流相量、机端基波正序电流相量、有功功率、无功功率、励磁电流、励磁电压、转子转速。
以SCADA/EMS为代表的调度监测系统是在潮流水平上的电力系统稳态行为监测系统，缺点是不能监测和辨识电力系统的动态行为。
部分带有同步定时的故障录波装置由于缺少相量算法和必要的通信联系，也无法实时观测和监督电力系统的动态行为。
随着“西电东送、全国联网”工程的建设，我国电网互联规模越来越大，电网调度部门迫切需要一种实时反映大电网动态行为的监测手段。
为大力推进建设电网动态安全监测预警系统。
即整合能量管理（EMS）、离线方式计算广域相量测量等系统，实现在线安全分析和安全预警，先期在国家电力调度通信中心组织实施，并逐步推广到网省调，以提高互联电网的安全稳定水平，有效预防电网事故，构筑电网安全防御体系。
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同步相量测量装置的检测和误差处理方法
第33卷 第9期2005年9月华东电力Vol.33 No.9 Sep. 2005P M U同步相量测量装置的检测和误差处理方法庄黎明,潘永刚(华东电力试验研究院,上海 200437)摘 要:对比了传统的检测方法与动态检测方法的不同,分析了测量原理和误差处理上的区别,认定了传统的误差处理方法的不可用性。
对P MU同步相量测量装置,提出运用概率统计的原理建立新的检测方法和误差处理方法。
关键词:P MU装置;动态测量;随机误差;标准偏差;误差离散性;置信区间中图分类号: T M743 文献标识码:B 文章编号:100129529(2005)0920045202D etecti on functi on of Pha se M ea sure m en t Un it and its error trea t m en t m ethodsZUAN G L i-m ing,PAN Yong-gang(East China Electric Power Test&Research I nstitute,Shanghai200437,China)Abstract:The difference bet w een the Phase Measure ment Unit(P MU)and the traditi onal measure ment method is compared,including the difference bet w een the t w o in the as pects of measurement p rinci p le and err or treat m ent,and the traditi onal err or treat m entmethod is p r oved inaccurate.The ne w detecti on and err or treat m entmethods using p r ob2 ability statistics are put for ward f or P UM.Key words:P MU;dynam ic measure ment;random err or;standard deviati on;err or discretizati on;confidence interval 为了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与分析的能力,需要在重要的变电站和发电厂安装P MU同步相量测量装置(Phase Measure ment Unit,以下简称P MU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中心站实现对电力系统动态过程的监测和分析。
南方电网相量测量装置(PMU)技术规范
在试验的标准大气条件下，直流电源在7.6.2中规定范围内变化时，装置应能可靠工作，性能及参数符合本规范第6章的规定。
在瞬时连接或瞬时断开直流电源，直流电源缓慢上升或缓慢下降时，装置均不应误发信号，当直流电源恢复正常后，装置应自动恢复正常工作。
17.13
17.13.1
17.13.2
17.13.3
17.10.3
装置应能承受GB/T 17626.4-1998第5章规定的严酷等级为3级的快速瞬变干扰试验，在试验期间和试验后装置的性能应符合该标准第9章规定的要求。
17.10.4
装置应能承受GB/T 17626.5-1999第5章规定的试验等级为3级的浪涌（冲击）抗扰度试验，在试验期间和试验后装置的性能应符合该标准第9章规定的要求。
17.10.7
装置应能承受GB/T 17626.12-1998规定的严酷等级为 级的1MHz和100kHz的脉冲群干扰试验。
17.11
17.11.1
装置应能承受GB/T 11287-2000中3.2.1规定的严酷等级为2级的振动响应试验，在试验期间和试验后装置的性能应符合该标准中5.1规定的要求。
17.11.2
GB14598.27-2008《量度继电器和保护装置第27部分：产品安全要求》
3
13.1
正弦量的复数表示形式。相量的模代表正弦量的有效值，相量的幅角代表正弦量的相角。
13.2
对信号
13.3
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。
17.10
17.10.1
装置应能承受GB/T 17626.2-2006第5章规定的严酷等级为3级的静电放电试验，在试验期间和试验后装置的性能应符合该标准第9章规定的要求。
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；
同步相量测量系统不良数据辨识与修正方法
基于插值的方法
线性插值
基于两个相邻的数据点之间建立线性关系， 预测出不良数据点的正确值。这种方法简单 易用，但可能存在插值误差较大的问题。
样条插值
通过在多个数据点之间建立样条曲线关系， 预测出不良数据点的正确值。这种方法能够 更好地处理非线性关系的数据，但计算复杂
度较高。
基于滤波的方法
要点一
滑动平均滤波
02 调度自动化
支持调度自动化系统，实现负荷预测、调度计划 制定等功能。
03 新能源接入
用于新能源的并网接入，监测电网与新能源之间 的交互作用。
同步相量测量系统的不良数据类型与影响
不良数据类型
包括测量误差、失真、丢帧、设备故障等。
不良数据对电力系统的影响
可能导致电力系统的不稳定、误判故障、误操作等问题，影响电力系统的安全稳定运行。
实验方法
采用模拟仿真实验，针对同步相量测量系统的不同情况，设计不同的实验场景，并对各种不良数据进行模拟。
实验结果
通过对比分析实验结果，发现不同类型的不良数据对同步相量测量系统的影响方式和影响程度，为后续的数据辨识和 修正提供依据。
实验结论
实验验证表明，不良数据的辨识和修正对于提高同步相量测量系统的准确性和可靠性具有重要意义。
研究不足与展望
算法的适用性还有待进一步验证，目前 只针对同步相量测量系统中的不良数据 进行辨识和修正，未来可以考虑将其应 用到其他类型的测量系统中。
分类器的性能还有提升空间，可以考虑采用 其他更先进的分类算法以提高分类准确率。
可以进一步研究不良数据的来源和 产生原因，从而更好地预防和控制 不良数据的产生。
02
同步相量测量系统概述
同步相量测量系统的定义与特点
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PMU(同步相量测量装置)的检测技术及误差处理措施分析
摘要：同步相量测量装置是一种新型检测技术，其可以对动态变化的数据参量进行跟踪测量，与传统测量方法不同，同步相量检测是建立在新统计原理下的数据处理方法。
从概率统计上看，任何数据都存在一定的不可用性，如果数据呈现多种误差现象，则数据所表现的动态变化信息将会干扰技术人员核算、处理工作。
基于此，文章将结合PMU检测、误差处理内容，对其技术措施的应用重点和难点进行系统分析。
关键词：PMU（同步相量测量装置）；检测技术；误差处理；措施分析为加强数据对电力系统的动态监测和控制，很多发电厂都会选择安装PMU装置，创建自身的动态监测系统，在这个系统下，发电厂的工作人员可以实时搜集到电力系统中各运行设备的动态，保证其能够安全、稳定的运行。
1PMU装置
1.1PMU装置功能简述
PMU是承载一个运行系统在动态环境下的监测、控制工作的核心装置，其不仅可以准确探测、搜集到每个运营设备的数据信息，还能第一时间将这些信息汇总，输入到数据库中，运用强大的数据处理功能和快捷的通讯能力，将数据传导到人机界面上，供工作人员参考处理。
1.2PMU装置工作原理分析
PMU装置能进行动态测量工作，在高速监测环境下，数据采样仪器和交流采样装置协同运作，在保持高准确度测量效果的同时，增强信息的交互性运用。
PMU是以绝对电量和绝对相位角为坐标，电流信号、相量数据、电压信号等多种测量参量为依据的数据处理系统。
信号可以同步完成多个信号的交流工作，误差在1μs之内。
同时，每个相量数据还会根据调度中心的控制决策，进行电气量分析。
如果电力系统的电网层出现断流现象，则该电网的动态变化特征将会以动态数据的形式表现出来。
2PMU装置与传统测量方式的差异
20世纪80~90年代，随着电力系统的供电规模逐渐扩大，电力交流和传送装置咋检测方法、运行模式、管理制度等方面都发生了很大的变化。
在此基础上，传统系统设计人员通常会选择直接获取模型参量，通过人工处理的方式，比较数据，分析数据内容。
PMU装置则不同，为满足更小波动环境下的数据监测和测量工作，监测装置必须达到短时间内满足测量误差要求，分析变化数据的变动范围。
由此可见，PMU装置与传统测量方式在数据获取路径、数据分析方法、监测效果、信息交流等方面都各有不同，具体数据见表1。
总结上文数据，PMU装置在测量动态数据方面有很大的优势，无论是信号频率、幅度误差、相位误差都要远远低于传统测量方法。
搜索到的周波采样数据，是25次/s的动态数据，其测量准确度非常高，可以满足PMU装置中同步相量测量精度要求。
同时，还能保证如果电力系统的电量信号发生规律性偏移，则数据测量系统可以准确的在误差分布状态图中标明出现数据变化现象的位置。
3PMU装置概率统计方式和精度测量分析
3.1平均误差值测量
由于PMU装置对电力系统各检测对象的有效监控效果不同，所以通常情况下，参照对象都属于被检测对象，其位置、相量变化范围、监控间歇区段都需要严格控制，不能超出规定界限。
一个检测设备会配备两个数据监测仪器，两个样本结果并不一致，其监控误差可以用e0表示，PMU装置中的各相量误差是随机变化的，真实分析误差可以用μe表示。
为保证PMU的数据处理系统可以得到最佳估算值，系统会对监测数据进行自动算法处理，计算公式如下：
e=（e1+e2+……+en+……+eN）
式中，如果N趋近于无穷大的话，e的测量误差会无限接近于真实值。
所以，平均误差e是体现PMU装置数据处理功能的有效测量误差。
3.2动态测量特性
PMU装置对动态数据的测量特性是存在一定变化因素的，即使误差分布不变，真实值和测量值依旧存在微小误差。
因此，为缩小这一部分“偏差”，管理人员必须依照动态数据的正向分布特性，研究标准偏差在动态数据中的引导作用，并计算出标准偏差的真实值。
计算公式如下：
σ=（en-e）2
式中，以标准偏差为核心的误差范围中，e值的大小表示测量误差的弥散程度，e值越大，说明标准差σ的数值越小，监测到的误差数据在正向分布图中的曲线越尖锐。
综上分析，标准偏差的误差越大，说明测量出的数据在规定范围内，其出现较大误差概率越大。
偏差小的话，说明出现误差的概率越小。
针对PMU装置在数据误差测算技术上的优势，动态数据的较大误差概率很少出现，一般都会将e 控制在（e-a，e+a）之间。
如果间隔范围内动态数据无法满足PMU装置的测量等级，则检测结果还应进行更深层次测算，要在统计概率的基础上，对各级电流相量、电压相量和绝对相量进行分级统计，并将统计结果引入计量模型中，以得到最标准的、最权威的测量结果。
4结语
通过上文对PMU同步相量测量装置的工作原理、检测技术、误差处理方法的系统研究可知，从技术层面上看，PMU装置对动态数据的控制能力和监测能力都很强，可以满足数据处理需求和要求，为误差估算工作、数据分析工作提供准确的数据支持。
从误差处理层面上看，PMU装置具有一定的自我修改、自我约束能力，当误差超过标准范围，系统会自动更新动态信息，采用针对性数据监控处理方法，对问题数据进行进一步加工，以获取最有价值的资源。
参考文献：
[1] 庄黎明,潘永刚.PMU同步相量测量装置的检测和误差处理方法[J].华东电力,2005,(9).
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[3] 孔五阳.基于GPS的电网同步相量测量装置的研究[D].南京:河海大学,2007.
[4] 刘炳旭.基于同步相量测量系统的相量精确测量与系统实现[J].山东大学学报(社会科学版),2007,(22).
[5] 谢磊.基于同步相量测量的电力系统电压稳定性的研究[D].广州:华南理工大学,2012.。