電力系統(tǒng)同步相量測量單元（PMU）應(yīng)用和維護(hù)

莫榮輝

（佛山供電局,廣東佛山,528300）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力需求不斷提升，電網(wǎng)已進(jìn)入“特高壓互聯(lián)、大電網(wǎng)、大電源”的發(fā)展階段。因電網(wǎng)互聯(lián)而產(chǎn)生的電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行等問題也日益突出。據(jù)了解，通常電網(wǎng)的穩(wěn)定按性質(zhì)可分為三種：功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定。其中功角穩(wěn)定是最直接的判斷方式和重要參數(shù)。其中母線電壓相量及發(fā)電機(jī)功角狀況是系統(tǒng)運(yùn)行的主要狀態(tài)變量，是監(jiān)視整個電網(wǎng)及其電氣設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的主要判據(jù)，而為了將相量測量系統(tǒng)子站測量到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送到主站，以供分析、監(jiān)測等功能。同步相量測量單元PMU是電力調(diào)度通信實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控與調(diào)度的重要測量部件。然而，回顧PMU裝置運(yùn)行情況，卻不容樂觀，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)可靠運(yùn)行，給電網(wǎng)安全帶來了極大風(fēng)險(xiǎn)。我們切實(shí)提升PMU裝置的穩(wěn)定性和可靠性，提高電網(wǎng)的動態(tài)監(jiān)視水平，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 同步相量測量意義和主要功能

同步相量測量單元（子站）PMU（Phasor Measurement Unit）是用于進(jìn)行同步相量的測量和輸出以及進(jìn)行動態(tài)記錄的裝置。同步測量的意義：使異地信號可以在相同的時(shí)間坐標(biāo)下比較，以標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號作為采樣過程的基準(zhǔn)，通過對采樣數(shù)據(jù)計(jì)算而得的相量稱為同步相量。所以我們可以概括描述為同步相量測量單元PMU產(chǎn)生帶有時(shí)標(biāo)的遙測量。

同步相量測量單元PMU主要功能：

1）同步采集和相量計(jì)算；

2）發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢測量；

3）實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)，支持與多個主站實(shí)時(shí)通信；

4）穩(wěn)態(tài)循環(huán)記錄相量、功率、頻率等數(shù)據(jù)；

5）動態(tài)短時(shí)記錄支持多種觸發(fā)方式；

6）支持?jǐn)?shù)值瀏覽、波形復(fù)現(xiàn)、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等。

2 日常巡視和維護(hù)

2.1 時(shí)鐘同步系統(tǒng)的維護(hù)

同步相量是一段時(shí)間段內(nèi)的把所有的信號當(dāng)做采樣時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過把采樣的數(shù)字進(jìn)行運(yùn)算得到的相量叫做同步相量。所以，每個點(diǎn)上的相量相互之間有著固定的一致的相位存在。這就讓異地的信號能夠在一樣的時(shí)間上進(jìn)行對比。我們可以計(jì)算出在50Hz的信號，時(shí)間誤差增加1μs，相位誤差增加0.018度，時(shí)間誤差增加1ms，相位誤差增加18度。所以時(shí)標(biāo)的準(zhǔn)確性非常重要。我們需要認(rèn)真維護(hù)好同步相量測量單元（子站）PMU的時(shí)鐘設(shè)備，保證同步精度，使異地信號可以在相同的時(shí)間坐標(biāo)下比較。同步時(shí)間信號沒有或者出現(xiàn)狀況的時(shí)候，裝備可以維系日常的工作。規(guī)則需要在丟失同步時(shí)間信號一小時(shí)之內(nèi)裝備的相交的測算的錯誤必須在一度之內(nèi)。裝備的時(shí)間鎖定水平必須要達(dá)到下面幾點(diǎn)： a、低溫開啟（停止供電4小時(shí)之上、達(dá)到半年時(shí)間的GPS的主機(jī)啟動）的時(shí)間控制在一分鐘之內(nèi)： b、高溫啟動（停止供電4小時(shí)之內(nèi)的GPS的主機(jī)啟動）的時(shí)間在半分鐘之內(nèi)； c、重新捕獲的時(shí)間在一到二秒之內(nèi)。

時(shí)間在一個位置上的體系，維護(hù)天線是極為關(guān)鍵的。在南方雨和雷電出現(xiàn)的幾率比較大，惡劣的氣候時(shí)常發(fā)生，時(shí)間同步體系受到雷電擊打的幾率就會很大，在我們的日常的維修的工作里發(fā)覺GPS時(shí)間天線出現(xiàn)問題的機(jī)會很大。這一情況出現(xiàn)的具體的原因是由于變電站的GPS的天線組裝的不按要求。包括GPS的天線在組裝的時(shí)候俺的太高，靠近建筑物的防雷裝備，沒有作對應(yīng)的防雷保護(hù)裝置，所以時(shí)常會發(fā)生雷電破壞GPS的情況，從而致使時(shí)間同步體系的性能失敗。具體的安裝的需要：

2.1.1 GPS接收信號的天線的組裝的地方是可以日常接收信號易于以后的使用和修理。一些變電站放在大廈的頂端，進(jìn)行維修的時(shí)候要求爬高，沒有欄桿保護(hù)，這對于維修工來說是很危險(xiǎn)的。

2.1.2 GPS的接收的天線的組裝應(yīng)該使用金屬的架子進(jìn)行穩(wěn)固，支架也要和地面相連。不可以隨便的放在別的物體上，特別是不能安放在避雷設(shè)備上，不能使用繃帶、電線、膠帶進(jìn)行鞏固的不好的狀況。當(dāng)機(jī)器進(jìn)行驗(yàn)收時(shí)一定要關(guān)注這些問題，立即進(jìn)行改正。

2.1.3 接收天線安裝位置應(yīng)充分考慮雷擊對接收系統(tǒng)的影響：當(dāng)天線安裝位置位于建筑物防雷帶內(nèi)部時(shí)，與建筑物防雷帶的水平距離應(yīng)大于2米；當(dāng)安裝位置位于建筑物防雷帶外部時(shí)，應(yīng)低于建筑物防雷帶2米。

2.1.4 在天線和主干線之間安裝防雷設(shè)施，禁止雷電經(jīng)過天線傳給主時(shí)鐘。

GPS時(shí)鐘天線放在大廈的頂端，風(fēng)吹日曬，使用的環(huán)境很差，經(jīng)過較長的時(shí)間的運(yùn)作毀壞的地方會比較多，因此我們要加快對天線的更換的速度。目前的所有的天線都是一個完整的整體，它的使用的電纜都是依據(jù)天線的長度來精心規(guī)劃的，不能進(jìn)行改裝，不可以隨意的安裝別的零部件，要不然就會制約信號的接收效果。想使天線的修理工更加迅速、快捷的對其進(jìn)行維修，保持日常工作需求，希望在規(guī)則內(nèi)要詳細(xì)的規(guī)定：

1）采用線纜和天線頭分別來連接的方式，這樣做的效果是單單把天線頭換掉，就可以延長使用壽命。

2）一般企業(yè)在GPS的安裝過程中，應(yīng)該保證按照一定的要求進(jìn)行，保障正確的安裝順序和線纜位置。

3）一般會在變電站的安裝空間內(nèi)安裝專用的各種附屬裝備，管道、平臺等，同時(shí)應(yīng)該需要考慮使多種程序共用管道的可能。

2.2 對時(shí)間同步系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和檢修

GPS的同步系統(tǒng)維護(hù)是非常重要的，要經(jīng)常對GPS的時(shí)間同步系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和檢修，隔一段時(shí)間就要對它的GPS的時(shí)鐘系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，以及誤差的校正，依據(jù)校準(zhǔn)的結(jié)果對系統(tǒng)中不能再進(jìn)行校準(zhǔn)的或者是壞掉的進(jìn)行更換，一般在應(yīng)用在系統(tǒng)中的檢測會用兩種方法：

1）第一種方法：對具有記錄性能的裝置的同步精度進(jìn)行檢測

裝置會帶有RTU和記錄性能，可以對空接點(diǎn)進(jìn)行不同的動作進(jìn)行時(shí)刻的不同記錄。在測試時(shí)，首先在儀器上輸出個時(shí)間檢測分脈沖（這個脈沖的時(shí)間和儀器的時(shí)間是一致的），接著啟動被測儀器（被測儀器的時(shí)刻是以脈沖作為起始和終止為信號的），對兩個時(shí)間進(jìn)行記錄，對這個時(shí)間進(jìn)行比較，就能夠知道被測儀器的內(nèi)部時(shí)刻同步系統(tǒng)是否精確。

2）第二種方法：測試同步測量單元的同步時(shí)間精確性

一般會讓同步測量單元中的儀器模擬發(fā)生故障，保護(hù)裝置得以啟動，同步裝置對時(shí)間的精確進(jìn)行記錄，進(jìn)而與保護(hù)儀器的時(shí)刻進(jìn)行比較，就可以得出同步單元中的內(nèi)部時(shí)鐘裝置是否準(zhǔn)確。

通過這兩種應(yīng)用方式，加強(qiáng)變電站電力系統(tǒng)時(shí)間同步系統(tǒng)GPS的檢查，測試儀可以對現(xiàn)場安裝的GPS時(shí)鐘進(jìn)行精度測試，通過測試可對整個網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步性給出總體評價(jià)和故障定位。

2.3 電流互感器CT變比和線路調(diào)度雙稱號的修改維護(hù)

在日常的變電站維護(hù)中，經(jīng)常會涉及修改電流互感器CT變比和線路調(diào)度雙稱號，這些數(shù)據(jù)的修改都必須考慮到同步相量測量單元PMU裝置系統(tǒng)的維護(hù)，不能遺漏。

2.3.1 子站數(shù)據(jù)命名規(guī)則關(guān)系到主站、子站對同一信息對象表示方法的一致性，維護(hù)人員要熟悉PMU系統(tǒng)的“信息對象名的命名規(guī)則”，正確地修改 。

2.3.2 同步相量測量單元采集電壓幅值、電壓相角、電流幅值、電流相角、有功、無功、開關(guān)量狀態(tài)、發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢、發(fā)電機(jī)功角等。特別對電流回路的日常維護(hù)需要注意電流互感器CT變比。在工程驗(yàn)收的時(shí)候必須明確同步相量測量單元電流回路的前級和后級。同步相量測量單元電流回路建議處于最后，前級可能為測控單元或其他保護(hù)裝置。我們必須研究好設(shè)備的電流回路的藍(lán)圖，不能因?yàn)榍凹壍墓ぷ鞫绊懙酵较嗔繙y量單元的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備性。我們工作的流程中必須明確對影響到同步相量測量單元的數(shù)據(jù)的工作進(jìn)行管理，制定相關(guān)制度。

2.4 日常巡視

為規(guī)范相量測量裝置（PMU）管理，提高電網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測水平，我們有必要對相量測量裝置（PMU）進(jìn)行日常巡視，本文將以北京四方的同步相量測量單元PMU裝置巡視為例，提出故障現(xiàn)象關(guān)鍵點(diǎn)和簡單的檢查處理方法。其他廠家的故障現(xiàn)象關(guān)鍵點(diǎn)和簡單的檢查測試方法都類似，日常巡視可以參照執(zhí)行。

2.4.1 北京四方的相量測量裝置巡視關(guān)鍵點(diǎn)：

1)同步相量測量單元監(jiān)測點(diǎn)；

2)裝置面板指示燈狀態(tài)；

3)運(yùn)行監(jiān)視界面顯示狀態(tài)；

4)接入量信息確認(rèn)；

5)通訊、對時(shí)狀態(tài)；

2.4.2 故障現(xiàn)象關(guān)鍵點(diǎn)和簡單的檢查測試方法

3 同步相量測量單元PMU的作用

提升同步相量測量單元裝置的穩(wěn)定性和可靠性，提高電網(wǎng)的動態(tài)監(jiān)視水平，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行?？傮w而言同步相量測量單元PMU裝置對電網(wǎng)安全監(jiān)測具有重要意義：

1.同步相量測量單元PMU是電網(wǎng)廣域功角與相量測量系統(tǒng)WAMS系統(tǒng)的基礎(chǔ)；

2.同步相量測量單元PMU可為電網(wǎng)的安全提供豐富的數(shù)據(jù)源；

3.正常運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)；

4.小擾動情況下的離線數(shù)據(jù)記錄；

5.大擾動情況下的錄波數(shù)據(jù)記錄；

我們可以充分利用同步相量測量單元PMU動態(tài)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，發(fā)揮同步相量測量單元PMU的作用：

1）進(jìn)行快速的故障分析

在同步相量測量單元PMU系統(tǒng)實(shí)施以前，對廣域范圍內(nèi)的故障事故分析，由于不同地區(qū)的時(shí)標(biāo)問題，進(jìn)行故障分析時(shí)，迅速地尋找故障點(diǎn)分析事故原因比較困難，需要投入較大的人力物力。通過PMU實(shí)時(shí)記錄的帶有精確時(shí)標(biāo)的波形數(shù)據(jù)對事故的分析提供有力的保障。同時(shí)通過其實(shí)時(shí)信息，可實(shí)現(xiàn)在線判斷電網(wǎng)中發(fā)生的各種故障以及復(fù)雜故障的起源和發(fā)生過程，輔助調(diào)度員處理故障；給出引起大量報(bào)警的根本原因，實(shí)現(xiàn)智能告警。

2）對電網(wǎng)的低頻振蕩進(jìn)行捕捉

同步測量系統(tǒng)中的PMU設(shè)備有一個重要功能便是低頻振蕩的捕捉功能。傳統(tǒng)的系統(tǒng)中具備SCADA分析功能，但是它只能捕捉秒級的低頻振蕩，很難穩(wěn)定的捕捉到系統(tǒng)的總振蕩狀況。但是PMU具備高速獲取信息的功能，可以達(dá)到每秒發(fā)送100HZ的通訊速度。

3）對發(fā)電機(jī)攻角進(jìn)行測量

發(fā)電機(jī)功角是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)電勢與定子端電壓或電網(wǎng)參考點(diǎn)母線電壓正序相量之間的夾角，是表征電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要狀態(tài)變量之一，是電網(wǎng)擾動、振蕩和失穩(wěn)軌跡的重要記錄數(shù)據(jù)。

4）分析發(fā)電機(jī)組的動態(tài)特性及安全峪度分析

通過PMU裝置高速采集的發(fā)電機(jī)組勵磁電壓、勵磁電流、氣門開度信號、AGC控制信號、PSS控制信號等，可分析出發(fā)電機(jī)組的動態(tài)調(diào)頻特性，進(jìn)行發(fā)電機(jī)的安全峪度分析，為分析發(fā)電機(jī)的動態(tài)過程提供依據(jù)。監(jiān)測發(fā)電機(jī)進(jìn)相、欠勵、過勵等運(yùn)行工況，異常時(shí)報(bào)警。繪制發(fā)電機(jī)運(yùn)行極限圖，根據(jù)實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)確定發(fā)電機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)，實(shí)時(shí)計(jì)算發(fā)電機(jī)運(yùn)行裕度，在異常運(yùn)行時(shí)告警。

5）構(gòu)建廣域保護(hù)系統(tǒng)。

4 結(jié)語

電力的特點(diǎn)決定了電網(wǎng)安全的瞬時(shí)性、系統(tǒng)性和復(fù)雜性。近年來，國外連續(xù)發(fā)生多起大面積停電事故，對經(jīng)濟(jì)社會造成了嚴(yán)重影響，電力運(yùn)行安全問題不可忽視。同步相量測量單元PMU裝置對電網(wǎng)安全監(jiān)測具有重要意義，我們必須加強(qiáng)日常巡視，認(rèn)真維護(hù)好時(shí)鐘裝置和天線，確保同步相量測量單元PMU裝置可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]中國南方電網(wǎng)同步相量測量裝置（PMU）配置和運(yùn)行管理規(guī)定（試行）

[2]電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范