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。
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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
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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）