基于PMU的WAMS的研究概述
基于PMU的WAMS的研究概述
摘要：基于相量测量单元的广域监控系统在我国电力系统的监控等方面发挥着日益重要的作用。本文在首先对PMU的测量原理以及WAMS的构成进行了简要的概述并比较了WAMS系统平台与传统SCADA系统的平台的优缺点。其后介绍了WAMS系统的应用，并对其在电力系统中低频振荡分析及抑制进行了针对性介绍。最后我国WAMS的研究、建设与应用情况，指出我国目前WAMS发展的现状和差距，并给出相关技术的研究方向和实施建议。
关键词：电力系统；PMU；WAMS；GPS；低频振荡
1 引言
随着我国经济社会的不断向前发展，电力行业方面全国联网的程度也不断加深，逐渐形成大区交直流互联的局面。整个互联系统容量的不断增大，在获得效益的同时，我国电力系统也面临这许多新的问题，比如：大区电网暂态稳定在线预警与协调控制问题；复杂电力系统实时监视、便是和方针问题；弱联系的长链式同步交流电网的区域间低频振荡问题等。这些问题的出现对现有电力系统提出了更高的要求，必将促进电力系统的不断向前发展，建设智能电网已成为我国电力工业发展的必然选择，而作为智能电网框架中三个关键研究领域之一——“广域测量与控制”担当者重要的角色[1]。
传统电力系统的数据采集及监控系统（Supervisory Control And Acquisition,SCADA）侧重于对电力系统稳态的监测，对其动态过程无法有效监测。近年来，逐步建立的以同步相量测量装置（Phasor
Measurement Unit,PMU）为基础的广域测量系统（Wide Area Measurement System,WAMS）为电力系统的“广域测量与控制”的开创了新的平台，并由此成为各国公司和高效等研究机构争相研究的新型科技领域。这套系统能够获得同一时间参考轴下大型互联电力系统中的稳态信息和动态信息，为电力系统区间动态监视、分析并决策提供数据基础，使电力系统的监视能从稳态阶段延伸到动态阶段。因此，WAMS在全网动态过程记录和事件后分析、电力系统动态模型评估辨识和模型校正、低频振荡分析及抑制、暂态稳定预测及控制、电压和频率稳态监视及控制、全局反馈控制、故障定位及线路参数测量等方面都有广阔的前景[2,9]。
在此，笔者通过调研上近十年来WAMS研究工作的文献，对PMU的测量原理以及WAMS的构成进行概述的基础上针对电力系统中低频振荡分析及其抑制进行综述，对结合我国WAMS的研究、建设与应用情况，指出我国目前WAMS发展的现状和差距，并给出相关技术的研究方向和实施建议。
2 PMU与WAMS简介及其与EMS/SCADA的比较
广域测量与控制系统是向量测量单元（PMU）、高速数字通信设备、电网动态过程分析设备的结合体。其中基于时间同步的向量测量单元对系统性能的影响非常关键。
2.1 基于GPS的同步向量测量原理
基于GPS的同步向量测量单元的功能是，在线连续监视和测量各发动机和个母线的电压与电流的幅值和相角，并作有功或无功的实时计算，最后将数据传送至控制中心。PMU一般由A/D转换器、微处理器、GPS接收器、同步信号发生器和通信模块组成，其结构框图如图1所示[3,13]。其工作原理为：GPS接收器给出1pps信号，同步信号发生器给出信号用于采样，微处理器按照递归离散傅里叶变换原理计算出向量。按照IEEE标准1344-1995规定的形式将正序向量、时间标记等转载成报文，通过通信模块传送到数据集中器。数据集中器收集来自各个PMU的信息，作为全系统的监视、保护和控制的数据。PMU的测量示意图如图2所示[4]。 GPS接收器电压、电流互感器A/D转换器通信模块数据集中器微处理器低通滤波器同步信号发生器PMU单元
图1 PMU的结构框图
PMUuiPMUui
图2 PMU的测量示意图
PMU可测量的数据包括三相基波电压向量和三相基波电流向量、基波正序电压向量和基波正序电流向量、有功功率和无功功率、系统频率、开关量信号、噶电机内点事和发电机功角、发电机励磁电压和励磁电流等信号数据。而体现测量性能优劣的主要包括两个方面即：GPS时钟信号精度和信号误差精度。
相量计算方法主要包括过零检测法、离散傅里叶变化法（DFT），递归DFT法、均值算法和旋转变换法，并以前二者为主。过零检测法的原理是：利用GPS提供的秒脉冲时间信号，对测量装置的本机晶振信号进行同步，建立标准的50Hz信号，在信号处理器内，对过零点打上时间标签并求出相对于标准50Hz信号的角度。而傅里叶变换法主要通过N个采样点数据根据傅里叶变换的公式得到秒脉冲时刻的相量。过零点检测法的抗干扰能力差，傅里叶变换的精度优于过零点检测法，因为过零点检测法每周期采样一次，采样周期为20ms。但是傅里叶变换法也有缺点：需要更多的采样点（N个），需要更多的计算。所以，对于实时性较高的情况可采用过零检测法，除此之外的一般情况都采用傅里叶变换法[4]。
2.2 WAMS
可以说，WSMS是随着现代通信技术的不断发展才可以诞生的，它是基于同步相量测量和现代通信技术的一种对广域大电网进行状态监测、分析和控制的综合系统。WAMS主要包括以PMU为核心的子站系统，广域通信网和数据集中器三部分，其简易结构示意图如图3所示[4]。 全网调度中心站数据集中器全网GPS同步时钟PMU1PMU2PMU3PMU4PMU5PMU6数据集中器
图3 WAMS简易结构框图
2.3 WAMS与SCADA的比较
基于远程数据终端的数据采集与检测系统（SCADA）只能采集稳态量，可以用于进行状态估计和优化潮流计算等，但是由于其主站数据刷新时间一般长达2-5s而只能记录稳态或是准稳态过程。而故障录波器只能记录电磁暂态过程瞬时值，可以用于故障和保护，但是难以反映系统扰动后整个动态过程。基于PMU的WAMS则正好弥补了上述两种设备和系统的不足，可以数十Hz的数据采样率准确测量系统扰动后的整个动态过程。正是由于WAMS能更好的监控电力系统的整个动态工程，这就解决了传统的利用最小二乘进行估计的状态检测问题，而SCADA与能量管理系统（EMS）也只能进行基于系统准稳态的状态估计。但是由于WAMS是新技术，部分关键技术还不够成熟并且价格昂贵，现有电力系统采用基本为基于能量管理系统（EMS）的数据采集与监测系统（SCADA）的系统[5]。
现有电力系统需要新一代的EMS，按照现在的发展趋势，EMS应该逐步与SCADA结合并最终代替SCADA，以便建立更加坚强可靠的智能电网。
3 广域监控技术的应用[4]
近二十年来，基于PMU的WAMS发展迅速，在电力系统的很多方面得到了很好的应用。比如：电力系统的监测与实验、电力系统的状态估计与预警、电力系统的保护和控制等。下面首先对状态估计、电力系统的非连续和连续控制、继电保护中的双端故障测距和广域保护进行概述，然后对在线低频分析进行较为详尽的阐述并列举可能的抑制措施。
3.1 电力系统的状态估计
利用WAMS系统进行状态估计需要处理好WAMS数据和传统SCADA数据之间的关系。有两种做法：可以讲WAMS测得的相量数据和SCADA数据结合起来，改善系统状态估计的速度和精度；也可以利用WAMS的数据来增加测量冗余度，从而提高测量精度。
3.2 电力系统的非连续和连续控制
电力系统的控制包括连续和非连续两种控制模式。其中非连续控制的控制器输出并不与输入一一对应，非连续控制包括保护开关的动作及其电抗器的投切等控制方式。连续控制是指类似于发电机励磁或调速器的控制形式。利用WAMS，可以得到广域的测量信息，便于进行连续和非连续控制。
3.3 继电保护中的双端故障测距
由于全球定位系统的加入，测量系统中的高精度同步时钟有了保证，使基于双端同步采样的精确测距成为可能。通过在线路两段加装PMU装置，可获得线路连段的电压电流相量，从而计算出故障距离，从而比较准确的确定故障发生的地点。 3.4 广域保护
广域保护随随着WAMS的出现而出现的。广域保护的目标是对故障进行快速、可靠和准确的切除，同时分析故障切除对系统安全稳定的影响，并采取相应的控制措施，提高输电线路的可靠性和可输送容量，这就需要电力系统中多点的相量信息，而WAMS平台使其成为了可能。
3.5 低频振荡分析及抑制综述
由于近年来互联电网的规模逐渐加大，容量逐渐加大，大型互联电力系统间的低频振荡日益严峻。利用WAMS可以对低频振荡进行在线分析并给出一定的抑制方法。
3.5.1 低频振荡产生的机理
在低频振荡研究领域，对于低频振荡的产生机理还没有统一的定论。现有的解释主要包括：负阻尼机理、强波振荡机理和强谐振机理、分岔理论和混沌震荡机理。其中基于分岔理论及混沌机理的分析都还仅限于简单系统。而负阻尼机理的解释相对更易被人们所接受。它认为系统中发电机经输电线并联运行时，不可避免的扰动会使各发电机的转子发生相对摇摆，高放大倍数的快速励磁系统在增加系统同步转矩的同时也会增加这个相对摇摆的转矩。当这个转矩为负值，并且绝对值大到抵消掉发电机原有的正阻尼的时，系统由于阻尼不足便会产生低频振荡。其说服力来自于现代电力系统中广泛使用的减小阻尼振荡的电力系统稳定器。电力系统稳定器的基本原理就是通过相位补偿来增强阻尼转矩从而抑制低频振荡，由于经济且有效，它已经成为抑制低频振荡最有效的装置[6]。
3.5.2 低频振荡的辨识算法
在线低频振荡算法应该满足以下要求：良好的频率分辨率、良好的抗噪性能、有效的辨识系统的主导振荡模式和算法时间复杂度低并较易实现等。区别于力王的卡尔曼滤波、傅里叶变换和小波分析，Prony算法能克服难以提取衰减特征等局限性，它可以利用WAMS提供的实测数据得到一个指数函数的线性组合来分析等间距采样数据，较易得到原始信号的幅值、频率、初相和衰减，无需进行频域计算，可以使计算量大为减少。文献[11]在对Prony算法进行研究和改进的基础上对现场实测数据进行了分析，首次验证了Prony算法对电力系统低频振荡分析的可行性。另外，为了减少噪声对辨识结果的影响，可用模糊滤波的方法辅助Prony算法进行辨识，这样可使结果更加的准确[6]。
3.5.3 基于WAMS的低频振荡在线分析框架
在实际的工程运用中，由于存在不确定因素，WAMS系统可能出现杂散分量，从而影响对低频振荡的辨识结果精度。为了提高结果精度，一般需要读数据进行预处理。而后，进行辨识模型阶次估计，Prony分析，并最终进行综合分析，得到电力系统功率振荡的幅值、频率和阻尼比等等，进而得到基于WAMS在线数据的电力系统小扰动的稳定性能。下线分析的建议流程图如图4所示[6]。
WAMS实时数据库启动判据是否故障数据预处理辨识模型阶次估计Prony分析综合分析是否
图4 基于WAMS的低频振荡在线分析框架
3.5.4 基于WAMS的低频振荡抑制分析
区别于传统的基于本地信息的阻尼控制器不能很好分反映区域间的振荡模式，基于WAMS实测
PMU的原理及在电厂的应用
131科技资讯
科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION2011 NO.11SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION动力与电气工程
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。它的出现促进了大电网广域测量/监视系统(Wide-Area Measurement/ MonitoringSystem,WAMS)的形成和发展。我国电力发展趋势逐年实现全国电网互联,随着电网的规模不断扩大,单台机组容量不断增大,电网的动态特性变的非常复杂。为了进一步加强电力系统调度对电力系统的动态稳定监控和分析的能力,需要在重要的变电站和电厂安装同步相量测量装置,构建电力系统实时动态检测系统,并通过调度中心对电力系统的动态过程进行监测和分析。大型电力系统的功角稳定性、电压稳定性和频率稳定性三者之间相互诱发、相互影响,其中电压相量和功角状况是系统的主要状态变量,是系统是否稳定运行的标志。如果能直接测量,那么将大大节约电力系统稳定计算的时间,提高了状态估计可靠性,甚至有可能实现电力系统实时自动控制。1 广域同步相量测量系统的组成广域相量监测系统由以下几个部分组成。相量测量装置PMU(phasor measure-ment unit)——用于同步相量的测量和输出并进行动态记录。DC(data concentrate)——用于站端的数据接收和转发的通讯装置。子站(substation)——安装在同一电厂或变电站的PMU和DC的集合。主站(main station)——安装在电力调度中心,用于接收、管理、存储、分析、告警、分析和转发动态数据的计算机系统。电力系统实时动态监测系统(real timepower system dynamic monitoring system)——以同步相量测量和现代通讯技术为基础,对电力系统进行动态监测和分析的系统。2 同步相量测量系统原理及应用电力系统在发生大的干扰的情况下(如单相接地、两相短路或接地、三相短路),发电机送出的功率发生不同程度的突变。在稳定运行时,发电机原动机的机械转矩Tm与电磁转矩Te是相等的,即Tm=Te=Pe=sinXEU,式中Pe为发电机的电磁功率;ω为发电机转子的角速度;δ为发电机的功率角。这时电磁转矩的特性曲线(见图1)曲线Ⅰ所示,当系统运行条件发生变化时,如切除一部分负荷时,这时的电磁转矩特性曲线如图曲线Ⅱ所示,电磁转矩发生突变,从a点到b点,此时Tm>Te,发电机的转子开始加速,δ从Ⅰ0加速到Ⅱ0,此时Tm=Te,由于惯性的存在,发电机功角δ还将有个变大的过程,从c到d由于,Tm
PMU次同步振荡监测功能的检测方法研究
PMU次同步振荡监测功能的检测方法研究
发表时间：2018-01-22T17:00:08.173Z 来源：《电力设备》2017年第28期 作者： 李渝 常喜强 赵志强 晏青 左雅 张锋
[导读] 摘要： PMU因其量测具有同步性与快速性的优势，成为电力系统动态过程监测的重要技术手段。
（1．国网新疆电力公司 新疆乌鲁木齐市 830002） Research on Detection Method of PMU Subsynchronous Oscillation Monitoring Function
Li Yu1，CHAGN Xi-qiang1，ZHAO Zhi-qiang1，YAN Qing1，ZUO Ya1 (1. State grid electric power company in xinjiang, Urumchi 830002) ABSTRACT: PMU has the advantages of synchronization and fastness because of its measurement, and becomes an importanttechnical means for dynamic process monitoring of power system. However, in recent years, with the new energy concentration and thehigh-voltage HVDC transmission project put into operation, the power system gradually presents the characteristics of power electronics,system mechanism characteristics, the dynamic process has changed. Among them, the new energy station near the emergence of alarge number of harmonics and its wide range of transmission has become a serious impact on the safety of the grid a problem. Thismakes new demands and challenges for PMU measurements. In order to solve this problem, this paper analyzes the PMU monitoringfunction, analyzes the operation information of the second generation generated by the synchronous oscillation of the wind powersystem, and puts forward the expansion scheme of the PMU device to improve the monitoring function of the PMU device, Thedetection scheme and evaluation method of PMU secondary synchronous oscillation monitoring function are developed, which providesthe basis for accurate monitoring of interharmonics based on PMU.
线路参数测试的现场测试方法
线路参数测试的现场测试方法
我国不断增加的电网容量和不断增长的输电线路，使线路的实际参数与输电线路的理论数值不相符，所以召开输电线路应用前，应进行线路参数测试。电力系统潮流计算和继电保护可以运用线路参数测试进行保护计算机提供数据的准确性，能够使线路正常工作并在继电保护中占有重要地位。
标签：线路参数测试；现场测试；测试装置
电力系统潮流、短路计算以及继电保护等工作的基础是输电线路的参数测试，确保其准确性，能够使我国电网安全稳定运行。
一、线路参数测试的内容及发展
现阶段，线路参数测试方法可以分为仪表法、数字法和在线测量法，根据线路测试并不一定都存在于线路铺设的前期，所以测量的关键是处理干扰信号，一般发生在其它回路送电的情况下。
传统的线路参数测量方法仪表法，是一种停电测量方法，就是说在测量前，应该将线路进行停电处理并脱离电网，通过不同的测量实验得到线路的正序和零序参数。线路的运行状态可以根据线路的施加电源，通过电流表、电压表、功率表以及频率计进行测量。例如，焦塘线路全长：18.788 公里，是一条新建线路。导线型号为LGJ-300/40，平行排列，1XC-ZMC3，1XC-JC4是其主要塔形。
相关工作人员利用对应公式计算出线路的相关参数。这种测量方式有效的改善了实际应用中各种不确定因素的影响。例如线路所处环境的天气、温度以及地质条件等等。所以仅依靠理论依据得到的测量参数没有这种方式准确。这种测试方式的缺点在于，停电测量会影响正常的潮流优化分布和负荷供电，所以仪表读数会有一定误差。
输电线路参数测试因为单片微机技术的逐渐完善有了很大的发展，电力系统中广泛的运用了单片微机的测量装置。这种新一代的智能化测量方式也被称为数字化测量。通过采用数字信号处理方法对采样数据进行处理，以及交流采样测量信号是数字化测量的主要方式，线路的参数最后有单片机计算。这种测量方式能够避免传统方法在人工读数时出现的误差。通过减少线路中高次谐波的影响，使测量精度有所提高。
基于PMU的电力系统稳定的探讨
基于PMU的电力系统稳定的探讨
摘要：PMU技术和电力系统高速通信技术发展到今天，实时、可靠地传输异地的电气量已不再困难，本文基于以上技术介绍了PMU在电力系统中的运用。
关键词：PMUGPS继电保护
0 引言
PMU系统能够以较高的数据采集速率获得比电力系统传统数据采集系统多的数据，而且这些数据还带有同步精度很高的时标。这就意味着控制中心(中心必须配备WAMS或升级SCADA使其可以处理PMU数据)可以获得更加丰富的实时信息，使原来很难完成的一些任务，比如实时在线监测系统稳定运行状况成为可能。更加准确和快速地对电网运行状况进行监测，及时作出控制反应，可以增加电网运行安全性，压缩运行时的安全裕度，提高电网输送功率。基于PMU的监控系统所具备的这些诱人特性使其成为各大公司和学者注意的焦点，值得我们关注。随着GPS(全球定位系统)全面民用化及计算机技术、网络技术和快速通信技术的发展，PMU (向量测量单元)在电力系统获得了广泛应用，它可以根据GPS提供的高精度时钟构造全网一致的同步参考相量，从而实现系统内任意节点之间的相对相角测量，实现全网数据的同步采集、实时记录、远距离实时传输及对数据的同步分析处理，并在此基础上得到电压、电流向量这些反映系统运行状态的重要参数，从而在时空坐标下动态地监测电力系统运行状况，弥补了现有SCADA系统和故障录波仪的不足。由于系统的任何变化均可反映在量测的同步相量中，广域相角测量技术的出现打破了传统系统控制的死区，为电力系统广域保护系统的建立和完善奠定了基础。本文主要针对电力系统相关领域中基于PMU的应用研究情况展开综述，主要介绍PMU在电力系统动态、电力系统稳态、二次保护等领域的应用研究情况，以期对该领域的研究工作有所促进。
2 PMU技术简介
PMU是一多功能信号采集系统。它能实时测量电压相角、电压和电流，作有功的实时计算，将数据帧送调度中心。PMU的典型结构见图l。它的基本原理是：GPS接收器给出lpps(1pulse persecond，每秒1个脉冲)信号，锁相振荡器将其划分成一定数量的脉冲用于采样，滤波处理后的交流信号经A／D转换器量化，微处理器按照递归离散傅立叶变换原理计算出相量。对三相相量，微处理器采用对称分量法计算出正序相量。依照IEEE标准1344．1995规定的形式将正序相量、时间标记等装配成报文，通过专用通道传送到远端的数据集中器。数据集中器收集来自各个PMU的信息，作为全系统的监视、保护和控制的数据。
广域相量测量系统综述
广域相量测量系统综述
[摘要]本文首先对广域同步相量测量系统（wams）进行了简要介绍，然后对其主要单元pmu的基本原理和结构进行了论述，最后对wams在电力系统各方向的应用进行了阐述。
[关键词]电力系统；相量测量装置（pmu）；广域相量测量系统（wams）
引言
随着特高压输电和“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，将引起低频振荡，电力市场进程的不断推进使得某些断面经常运行在接近于满负荷或满负荷状态，电力系统运行的复杂程度日益增加，电网安全问题日益突出，使得对电力系统的稳定性要求也越来越高。传统的scada／ems调度监控系统，由于缺少电力系统不同地点之间的基准时间，所以只能用于电力系统的稳态特性分析，难以实现系统的实时动态特性分析。
基于pmu的广域测量系统（wide area measurement system，简称wams），利用成熟的gps技术，能够为全系统提供准确的基准时间，能够实时地反映全网系统的动态变化，对系统的安全稳定运行起到了重要的作用。
1.广域电网相量测量系统的发展
国外对于pmu的研究起始于20世纪80年代的美国，1983年美国gps的出现，为相角测量提供了时钟精度上的保证。1993年美国研发出了第一台pmu，标志着同步相量技术的实用化。美国西部电
力系统协调委员会（western system coordinating council简称wscc）已经基本建成了以pmu为基础的wams，投入了近百个pmu。1997年法国电力公司计划组建基于pmu的协调防御控制系统。
1995年前后国内开始了对pmu的研究，率先开始该领域研究的是清华大学电机工程系，1997年同黑龙江东部电网合作，安装了7个pmu。近年，随着gps技术和通讯技术的快速发展和不断完善，
PMU的配置方法及WAMS在电力系统中的应用
中国电力教育ＣＥＰＥ — 丽
ＤＯＩ编码：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—００７９．２０１０．１８．１１５
ＰＭＵ的配置方法及ＷＡＭＳ在电力系统中的应用
张国彦
摘要：广域测量系统（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ，ＷＡＭＳ）的发展，给电力系统信息测量带来了一场革命，通过相量测量单元（Ｐｈ＆ｓｏｒ
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ，ＰＭＵ）将电力系统中各个节点的相量测量值，如电压、电流、功角等，折算到同一个时间参考最坐标下，从而为大规模 电力系统的运行状态监测分析提供了一个同步的实时数据平台，为电力系统测量，分析和控制提供了快速可靠的同步数据。本文总结了
ＰＭＵ的配置方法并介绍了ＷＡＭＳ在电力系统中的应用情况。
关键词：电力系统；ＷＡＭＳ；ＰＭＵ；同步相量测量
作者简介：张国彦（１９８０一），男，内蒙古赤峰人，赤峰电业局５００ｋＶ巴林变电站，助理工程师，主要研究方向：电力系统自动化。
（内蒙古赤峰０２５１５０）
广域测量系统（ＷＡＭＳ）是近年来发展起来的一项新的测量
技术，它基于同步相量测量和现代通信技术理论，对大规模电
力系统的运行状态进行监测和分析，从而为电力系统安全运行
和进行实时控制提供快速可靠的同步数据。由于其测量精度在 毫秒数量级，因此为电力系统在线暂态稳定计算等领域的研究
提供了新的技术支持，它也是近１０年来各国电力公司在电网监 测方面投资建设的一个重点。
基于全球定位系统（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ，ＧＰＳ）的相量
测量单元（ＰＭＵ）能将电力系统中各节点的相量测量值（如电压、 电流、功角等），折算到某个时间参考点坐标下，从而可以在 相同的时标下记录电力系统不同位置的相量信息。通过高速通
信网络，可以将ＰＭＵ子站分散的相量数据集中起来，构成整 个电力系统同一时间断面上的测量信息平台。随着电力系统中
ＰＭＵ安装数量的不断增加，就可以形成时空坐标下电力系统全
基于PMU的WAMS的研究概述
基于PMU的WAMS的研究概述
摘要：基于相量测量单元的广域监控系统在我国电力系统的监控等方面发挥着日益重要的作用。本文在首先对PMU的测量原理以及WAMS的构成进行了简要的概述并比较了WAMS系统平台与传统SCADA系统的平台的优缺点。其后介绍了WAMS系统的应用，并对其在电力系统中低频振荡分析及抑制进行了针对性介绍。最后我国WAMS的研究、建设与应用情况，指出我国目前WAMS发展的现状和差距，并给出相关技术的研究方向和实施建议。
关键词：电力系统；PMU；WAMS；GPS；低频振荡
1 引言
随着我国经济社会的不断向前发展，电力行业方面全国联网的程度也不断加深，逐渐形成大区交直流互联的局面。整个互联系统容量的不断增大，在获得效益的同时，我国电力系统也面临这许多新的问题，比如：大区电网暂态稳定在线预警与协调控制问题；复杂电力系统实时监视、便是和方针问题；弱联系的长链式同步交流电网的区域间低频振荡问题等。这些问题的出现对现有电力系统提出了更高的要求，必将促进电力系统的不断向前发展，建设智能电网已成为我国电力工业发展的必然选择，而作为智能电网框架中三个关键研究领域之一――“广域测量与控制”担当者重要的角色[1]。 传统电力系统的数据采集及监控系统（Supervisory Control And Acquisition,SCADA）侧重于对电力系统稳态的监测，对其动态过程无法有效监测。近年来，逐步建立的以同步相量测量装置（Phasor
Measurement Unit,PMU）为基础的广域测量系统（Wide Area Measurement System,WAMS）为电力系统的“广域测量与控制”的开创了新的平台，并由此成为各国公司和高效等研究机构争相研究的新型科技领域。这套系统能够获得同一时间参考轴下大型互联电力系统中的稳态信息和动态信息，为电力系统区间动态监视、分析并决策提供数据基础，使电力系统的监视能从稳态阶段延伸到动态阶段。因此，WAMS在全网动态过程记录和事件后分析、电力系统动态模型评估辨识和模型校正、低频振荡分析及抑制、暂态稳定预测及控制、电压和频率稳态监视及控制、全局反馈控制、故障定位及线路参数测量等方面都有广阔的前景[2,9]。
基于同步相量测量技术的广域测量系统应用现状及发展前景
基于同步相量测量技术的广域测量系统的应用现状与发展前景
1、 本文概述
随着现代电力系统的快速发展，对电力系统的监测、保护和控制提出了更高的要求。广域测量系统（WAMS）作为一种新型的电力系统监测技术，通过相量测量单元（PMU）实现对电力系统状态的实时准确监测。本文旨在概述基于同步相量测量技术的广域测量系统的应用现状，并探讨其未来的发展前景。
文章首先介绍了同步相量测量技术的基本原理和广域测量系统的结构组成，阐述了PMU在电力系统中的应用优势。此外，本文还详细分析了广域测量系统在电力系统中的应用现状，包括其在电力系统稳定性控制、故障检测与定位、动态状态估计等领域的应用。本文还探讨了广域测量系统在实际应用中面临的挑战和问题，如实时数据传输和系统的高可靠性要求。
本文在分析现状的基础上，进一步探讨了广域测量系统的未来发展趋势。随着智能电网建设的不断推进，广域测量系统将在电力系统的运行、控制和保护中发挥更重要的作用。未来的研究将集中在提高广域测量系统的数据处理能力，增强其抗干扰能力，并扩大其在电力系统中的应用领域。同时，随着大数据、云计算和人工智能技术的发展，广域测量系统将朝着更智能化和自动化的方向发展。
本文探讨了基于同步相量测量技术的广域测量系统的应用现状和未来发展前景，旨在为电力系统的稳定运行和智能化发展提供理论支持和技术参考。
2、 同步相量测量技术的基本原理和技术特点
相量测量单元（PMU）的基本原理和技术特点
同步相量测量技术，也称为相量测量单元（PMU）技术，是电力系统动态监测和分析的重要工具。其基本原理是通过高速、高精度的数据采集和处理技术，实时获取电网中各节点的电压、电流相量信息，从而实现对电网运行状态的实时监测和准确分析。
PMU的基本原理可以概括为：通过使用高精度模数转换器（ADC）对电网的电压和电流信号进行采样，使用傅立叶变换（FFT）或卡尔曼滤波等数字信号处理算法将模拟信号转换为数字信号。对采样的数字信号进行分析和处理，提取电压和电流的振幅、相位等相量信息。通过高速通信网络，将提取的相量信息实时上传到数据中心，用于后续分析和应用。
基于PMU的广域电网相量测量系统概述
第２（）卷第１２期 ２００７年１２月 广东电力 ＧＵＡＮＧＤ０ＮＧ ＥＬＥ（ ＩＲＩＣ ｐｏＷＥＲ Ｖｏ１．２（）Ｎｏ．１２ Ｄｅｃ．２００７ 文章编号：１００７—２９０Ｘ（２００７）１２－００２６—０４ 基于ＰＭＵ的广域电网相量测量系统概述 张爽 （广东省电力设计研究院，广州５１０６００） 摘要：随着电力系统的发展和对安全稳定性要求的不断提高，传统的以ＳＣＡＤＡ ＥＭＳ为代表的基于稳态的监控 系统将难以满足实时性的要求，而基于相量测量装置（ＰＭＵ）的电网广域测量系统（ＷＡＭＳ）却能很好地解决电力 系统广域空间同步测量的问题。使电网控制中心能在统一的时标下，根据各个ＰＭＵ的测量信息对电力系统的状 态进行分析，并进行全电网的稳定控制、事故预警等。为此，对ＷＡＭＳ的组成结构、发展状况和应用前景等进 行了较为详细的概述。 关键词：电力系统；广域测量系统（ｗＡＭＳ）；相量测量装置（ＰＭＵ） 中图分类号：ＴＭ７１１ 文献标志码：Ａ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ＰＭＵ－ｂａｓｅｄ Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ ＺＨＡＮＧ Ｓｈｕａｎｇ （Ｏｕａｎｇｄｏｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｏｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １ ０６０（）．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｓｔｒｉｃｔｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ， ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ，ｓｕｃｈ ａｓ ＳＣＡＤＡ／ＥＭＳ，ｗｉｌｌ ｎｏｔ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ａｎｙ ｌｏｎｇｅｒ．Ｗｉｄｅ ａｒｅａ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ（ＷＡＭＳ）ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｈａｓｏｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｎｉｔ（ＰＭＵ）ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｈａｎｄｌｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｗｉｄｅ ａｒｅａ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ，ｅｎａｂｌｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｅｎｔｅｒ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｕｎｉｆｏｒｍ ｔｉｍｅｓｃａｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｃｈ ＰＭＵ，ａｎｄ ｔｏ ｐｅｒｆｏｒｍ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｏｆ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｐｏｗｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ＷＡＭＳ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ；ｗｉｄｅ ａｒｅａ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ（ＷＡＭＳ）；ｐｈａｓｏｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｎｉｔ（ＰＭＵ） 通过对各国近几年的停电事故进行分析，我们 发现缺乏一套对电力系统全网运行状态进行统一实 时监测的信息系统是事故发生的一个重要原因。我 国现阶段绝大多数地区还是应用传统的以 ＳＣＡＤＡ／ＥＭＳ及有关应用软件（如状态估计和静态 安全分析等）为代表的调度监控系统，其实质是在 潮流水平上的电力系统稳态行为监控系统，从远动 终端装置（ＲＴＵ）获得数据开始到控制中心获得系 统状态估计结果，其时间是以分钟为单位的，同时 各个地区的监测量没有统一的时标，这样的数据采 集无法对系统的暂态甚至动态行为进行实时监控。 为保证电网安全、稳定的运行，需要对电力系 统运行状态进行准确而全面的实时监测，使电网调 收稿日期：２０（｝７—０８—２９ 度真正做到统观全局、科学决策、正确指挥，完成 对电力系统的运行控制。电网广域实时动态监测系 统（ｗｉｄｅ ａｒｅａ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ，ＷＡＭＳ）是实 现准确捕捉电力系统在故障扰动、低频振荡以及人 工试验等情况下电网动态过程的技术手段。同步相 量测量单元（ｐｈａｓｏｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｎｉｔ，ＰＭＵ）为 该系统提供全网同步采样及计算的同步相量数据， 相量数据通过电力调度数据网实时地传送到监测系 统中心站，使调度人员能在调度中心及时了解电网 的动态信息。 ＰＭＵ利用全球定位系统（ｇｌｏｂａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ＧＰＳ）时钟同步的特点，测量各节点以及 线路的各种状态量。通过ＧＰＳ对时将各个状态量
基于WAMS的混合量测平台的精度研究与PMU配置分析
基于ＷＡＭＳ的混合量测平台
的精度研究与ＰＭＵ配置分析
张嘉伟 ，黎 平 ，谢英男２
（１．东北电力大学，吉林吉林 １３２０１２；２．湖 ‘１，１电力局，浙江湖 １ ３１３０００）
Ｏ 引言
随着国民经济的飞速发展，电力系统的规模、结
构及其运行方式也日趋复杂。状态估计是能量管理
系统（Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ，简称ＥＭＳ）中的核
心软件，是运行其他应用软件的基础。状态估计利用
ＳＣＡＤＡ的实时数据，确定电网的结线方式和运行状
态，按开关状态建立网络模型，补充伪量测，加强全
网的可观测性。为了保证电力系统的安全性和经济
性，状态估计结果的精度问题日益受到学者们的关
注。与此同时，同步相量量测单元（Ｐｈａｓｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
Ｕｎｉｔ，简称ＰＭＵ）作为系统监测与控制的重要１二具，
能够提供配置节点的同步、实时的电压和关联支路
的电流相量 。
近年来，由于我国各个电网公司安装ＰＭＵ的数
目在不断增加，基于ＰＭＵ装置构建的广域量测系统
（Ｗｉｄｅ—ａｒｅａ Ｍｅａｓｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ，简称ＷＡＭＳ）已初具
雏形。许多学者都在研究如何合理配置ＰＭＵ、利用数
据采集与监控系统（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｄａｔａ
Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，简称ＳＣＡＤＡ）数据与ＷＡＭＳ的混合量测
数据，提高状态估计的精度，减少电网公司的ＷＡＭＳ
建设投资，同时，最大限度地发挥同步相量测量单元
配置在事故预警以及在线监测等方面的优势 Ｉ。在
状态估计的精度评价方面，文献【５］通过在ＩＥＥＥ３９的
ｌ节点安装ＰＭＵ，比较安装前后的电压幅值、相角估
计误差的总方差来评价状态估计精度。本文通过比 较ＰＭｕ配置前后状态估计误差方差阵的迹和雅克比
矩阵的条件数的变化，来说明本文提出的配置ＰＭＵ
方法的合理和有效性。
１ 状态估计基本原理
传统的状态估计的已知量来自网络模型和