錢永亮 李成文

[摘? ? 要] 電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)子站屬于廣域測(cè)量系統(tǒng)中的主要組成部分，可以輸出精準(zhǔn)、完善的數(shù)據(jù)。在電力線路網(wǎng)絡(luò)愈加延展的條件下，電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)子站也必然要進(jìn)一步嚴(yán)格運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。在具體行動(dòng)中，就需先對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)子站及其顯著效用進(jìn)行詳盡闡述，然后再對(duì)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)子站的技術(shù)要點(diǎn)做出研討，最后，再對(duì)這些技術(shù)作業(yè)過(guò)程的影響因素進(jìn)行分析，總結(jié)相應(yīng)的防控對(duì)策，以此在保證消除這些影響因素的基礎(chǔ)上，助力電力系長(zhǎng)久穩(wěn)定發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)子站;次同步振蕩;PMU;PDC;同步相量算法

[中圖分類號(hào)]TM712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）01–000–02

Research on Key Technologies of Real-time Dynamic Monitoring

Substations in Power Systems

Qian Yong-liang，Li Cheng-wen

[Abstract]The power system real-time dynamic monitoring sub-station is the main component of the wide-area measurement system， which can output accurate and complete data. Under the condition that the power line network is more and more extended， the real-time monitoring sub-stations of the power system will inevitably require further stricter operation standards. Then， in specific actions， it is necessary to first elaborate on the real-time dynamic monitoring sub-stations of the power system and their significant effects， and then discuss the technical points of the real-time dynamic monitoring sub-stations， and finally， the impact of these technical operations The factors are analyzed and the corresponding prevention and control countermeasures are summarized， so as to ensure the elimination of these influencing factors， and also help the long-term stable development of the power system.

[Keywords]real-time dynamic monitoring sub-station; subsynchronous oscillation; PMU; PDC; synchronous phasor algorithm

在廣域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，借助了同步相角測(cè)量技術(shù)顯著功效，和關(guān)鍵子站實(shí)時(shí)性檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)條件，力求達(dá)到全網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一收集的目標(biāo)，保證在電力線路網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定順暢運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下，對(duì)其中所涉數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，保證使后續(xù)調(diào)度的作業(yè)過(guò)程可以隨時(shí)收集到電力線路網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況方面的信息。

1 電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)子站概述

電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)子站主要是說(shuō)被定位于電力企業(yè)線路網(wǎng)絡(luò)的相量測(cè)量設(shè)備。在電力線路網(wǎng)絡(luò)自控成效逐步加強(qiáng)的條件下，在對(duì)監(jiān)測(cè)子站相關(guān)設(shè)備進(jìn)行充分運(yùn)用的基礎(chǔ)上，監(jiān)測(cè)子站的創(chuàng)新升級(jí)提高了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其中就會(huì)涉及電力線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)一步體現(xiàn)真實(shí)性、完善性和精準(zhǔn)性。線路網(wǎng)絡(luò)中PDC屬于數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的主要裝置，如果是在電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)存在故障的條件下，就可能會(huì)導(dǎo)致調(diào)度工作無(wú)據(jù)可依。所以，就需要基于變電站角度考慮，制定具有雙網(wǎng)作用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)劃，以此力求電力線路網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)一步體現(xiàn)真實(shí)性、完善性和精準(zhǔn)性。

2 基本原理

電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)子站在具體運(yùn)行環(huán)節(jié)，通常都會(huì)遵循如下：在電力企業(yè)將相量裝置定位于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)子站的條件下，電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)子站可以面向母線相線電流予以樣品的收集選取，其間，若是融入了相量計(jì)算模式，來(lái)對(duì)相量、頻次和功率進(jìn)行計(jì)算，就能夠?qū)㈦娏ο到y(tǒng)的內(nèi)電勢(shì)相量做出明確。在此基礎(chǔ)上，再借助對(duì)相量裝置輸出數(shù)據(jù)的參考，把動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行備注，繼而遵循共同的接口協(xié)議（如IEEE 1344標(biāo)準(zhǔn)）將帶時(shí)標(biāo)的相量數(shù)據(jù)打包并通過(guò)高速通信網(wǎng)絡(luò)傳送至數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心對(duì)各子站的相量進(jìn)行同步處理和存儲(chǔ)，并可計(jì)算系統(tǒng)慣性中心角度和各機(jī)組、母線的相對(duì)相角，進(jìn)一步由相應(yīng)的應(yīng)用程序，對(duì)相量數(shù)據(jù)執(zhí)行實(shí)時(shí)評(píng)估以動(dòng)態(tài)監(jiān)視電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，或進(jìn)行離線分析為系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行提供依據(jù)，進(jìn)一步與控制結(jié)合起來(lái)，提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平和傳輸能力。WAMS的關(guān)鍵之處在于可以在時(shí)空坐標(biāo)下觀察系統(tǒng)全局的機(jī)電動(dòng)態(tài)全貌，彌補(bǔ)了現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和故障錄波系統(tǒng)的不足，為現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定監(jiān)測(cè)與控制提供了新的途徑，消除了國(guó)內(nèi)電力企業(yè)發(fā)展伴隨的各方面影響因素，比如電力資源的錯(cuò)線流通、直交流電運(yùn)行，電力網(wǎng)絡(luò)阻尼弱化等問(wèn)題。

3 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)子站典型結(jié)構(gòu)

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)子站包括PMU、PDC，主要完成數(shù)據(jù)采集、計(jì)算，PMU的主要功能：第一是信號(hào)采集。采集模擬量、開關(guān)量，接收對(duì)時(shí)信號(hào)。第二是相量計(jì)算。計(jì)算模擬量，相量，加工品質(zhì)。第三是暫態(tài)錄波。觸發(fā)錄波功能，連續(xù)錄波功能。第四是界面顯示。顯示相量、模擬量、裝置告警、自檢等信息。第五是對(duì)外通信。通過(guò)IEC61850協(xié)議與后臺(tái)通信，通過(guò)IEEE1344或GB/T26865.2協(xié)議與PDC通信。PDC的主要功能：第一是界面顯示。顯示裝置告警、自檢、PMU上送的模擬量、相量等信息。第二是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、事件標(biāo)識(shí)、PMU上送的暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)。第三是對(duì)外通信。通過(guò)IEC61850協(xié)議與后臺(tái)通信，通過(guò)IEEE1344或GB/T26865.2協(xié)議與WAMS主站通信。

4 關(guān)鍵技術(shù)研究

近些年來(lái)，由于一些新型能源的大量涌現(xiàn)和運(yùn)用，導(dǎo)致電力線路網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部架構(gòu)進(jìn)一步趨向于繁瑣化。在這樣的條件下，電力系統(tǒng)欲保證呈現(xiàn)長(zhǎng)久穩(wěn)定發(fā)展的態(tài)勢(shì)，就需要采取一切可行性措施，進(jìn)一步增進(jìn)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的質(zhì)量成效。所以在相關(guān)工作中，就可以先行對(duì)將TV/TA斷線監(jiān)測(cè)、次同步振蕩監(jiān)測(cè)算和同步相量算法進(jìn)行研討運(yùn)用。

4.1 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)子站組網(wǎng)技術(shù)

從目前來(lái)看，國(guó)內(nèi)電力線路網(wǎng)絡(luò)幾乎都進(jìn)行了雙平面系統(tǒng)的建立。這種系統(tǒng)的建立明顯加強(qiáng)了線路網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)實(shí)性和完善性，也明顯擴(kuò)展了電力線路網(wǎng)絡(luò)的荷載力和兼容性，能夠在電力線路網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行方面體現(xiàn)顯著效用。PDC則屬于相量數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕b置，如果在故障存在的條件下，也就難以保證在指定時(shí)期內(nèi)，把關(guān)聯(lián)性信息傳輸?shù)诫娏ο到y(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)子站，繼而則可能會(huì)使得子站相關(guān)技術(shù)作業(yè)過(guò)程難以有序開展，所以，從關(guān)鍵性變電站的角度來(lái)說(shuō)，需要增高2個(gè)PDC裝置，以此力求增進(jìn)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的快捷性和精準(zhǔn)性。

4.2 多間隔TV、TA斷線邏輯

PMU相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求具備TV/TA斷線功能，該文采用多間隔 TV/TA 斷線邏輯，可以保證當(dāng)電壓互感器二次回路出現(xiàn)一相、兩相或三相斷線時(shí)，裝置能夠正確檢測(cè)并發(fā)出TV斷線告警信號(hào);電流互感器二次回路出現(xiàn)單相斷線時(shí)，裝置能夠正確檢測(cè)并發(fā)出TA斷線告警信號(hào)。TV斷線判斷邏輯：關(guān)聯(lián)電流任一相大于0.5%In，同時(shí)電壓任一相小于30%Un且正序電壓小于70%Un;或者負(fù)序電壓或零序電壓大于10%Un。TA 斷線判斷邏輯：電流任一相小于0.5%In，且負(fù)序電流及零序電流大于10%In。

4.3 同步相量算法

在將相量從子站向主站的傳遞的環(huán)節(jié)，如果未對(duì)關(guān)聯(lián)性的專業(yè)理論知識(shí)進(jìn)行全面參考結(jié)合，就可能導(dǎo)致主站難以將有所有信息數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，繼而只可將滿足相關(guān)條件的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。我國(guó)PMU子站的相量傳遞頻率通常都處于25、50和100Hz，如果從知識(shí)分析的角度來(lái)說(shuō)，因?yàn)橛袔庑畔⒌拇嬖?，就可能使得電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)子站運(yùn)行過(guò)程伴隨一干擾因素，應(yīng)當(dāng)將這些帶外信息予以全面消除。如果是運(yùn)用了同步相量算法，就需要在融入仿真濾波裝置的基礎(chǔ)上，再結(jié)合相量計(jì)算模式，融入第二輪的數(shù)據(jù)波，第一輪數(shù)據(jù)波在消除帶外信息的條件下，第二輪數(shù)據(jù)波也同樣消除了帶外信息。在此期間，第二輪數(shù)據(jù)波的參考數(shù)據(jù)也會(huì)結(jié)合傳輸速度，來(lái)實(shí)現(xiàn)自主掌控的目的。

4.4 次同步振蕩監(jiān)測(cè)算法

所謂同步振蕩現(xiàn)象，也就是說(shuō)電力網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備間的實(shí)時(shí)性耦合，所導(dǎo)致的有別于往常的異常現(xiàn)象。如果電力線路網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用存在這種異?，F(xiàn)象，就容易使得線路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的軸系及其主變更出現(xiàn)不間斷的振蕩現(xiàn)象。這樣的不良現(xiàn)象，假若是不能在第一時(shí)間得到有效處理，長(zhǎng)此以往，就可能使得發(fā)電裝置中的轉(zhuǎn)子出現(xiàn)明顯的受損情況，進(jìn)而可能會(huì)導(dǎo)致電力線路網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定順暢運(yùn)轉(zhuǎn)受到較大程度的干擾。

想要保證以上現(xiàn)象得到根本上的改變，并且保證電力線路網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定順暢運(yùn)轉(zhuǎn)不會(huì)受到任何影響。就可對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行考慮，同步振蕩監(jiān)測(cè)法，其中包含了兩種：電氣測(cè)量和設(shè)備測(cè)量?jī)刹糠?，結(jié)合以上狀況，就可以先行對(duì)電氣測(cè)量法進(jìn)行優(yōu)先選用，在具體的方法運(yùn)用中，可以將TV/TA確定為輸入數(shù)據(jù)，這樣的測(cè)量過(guò)程會(huì)進(jìn)一步體現(xiàn)真實(shí)性和安全性，有利于相關(guān)工作的持續(xù)穩(wěn)定開展，也會(huì)切實(shí)保證將PMU顯著效用得到充分體現(xiàn)。從振蕩研究法的角度來(lái)說(shuō)，應(yīng)用較為廣泛的主要有以下兩種，即FFT、Prony，然而FFT往往都會(huì)出現(xiàn)頻譜等信息外漏的情況，而且Prony則是往往都會(huì)在涉及大量數(shù)據(jù)計(jì)算的同時(shí)，也時(shí)常伴隨噪音的影響。為將FFT中信息外漏現(xiàn)象進(jìn)行全面防控，專業(yè)高資質(zhì)人員便給出了插值算法。這種計(jì)算法通常都會(huì)體現(xiàn)出數(shù)據(jù)少，精準(zhǔn)性高、無(wú)噪音影響等優(yōu)勢(shì)條件，實(shí)際計(jì)算流程可以參考以下內(nèi)容：第一是計(jì)算主瓣幅值W（i/N1）和譜值比R（i/N1）。0≤i≤N1。第二是計(jì)算加窗后的原始信號(hào)頻譜值，找出峰值及次峰值位置，確定兩者幅值比a。第三是確定a在譜值比的位置σ，通過(guò)插值求得。第四是通過(guò)插值計(jì)算σ處的主瓣值。第五是重復(fù)步驟2～4，直至計(jì)算出頻譜范圍內(nèi)所有符合要求的主瓣值。以信號(hào)x=√2×cos（2πf0t）+0.3√2×cos（2πf1t）+0.2√2×cos（2πf2t）為例，對(duì)次同步算法進(jìn)行仿真。其中，f0為50，f1為27.1，f2為80，采樣率為2000Hz，數(shù)據(jù)取2s。那么在沒(méi)有噪音影響的良好條件下，其中所涉插值的具體計(jì)算過(guò)程會(huì)體現(xiàn)顯著的真實(shí)性和精準(zhǔn)性，然而在頻譜相關(guān)信息外泄的條件下，這種計(jì)算過(guò)程也就可能會(huì)存在嚴(yán)重的偏差。

5 偽振蕩

偽振蕩也就是說(shuō)因?yàn)樵跇悠愤x取、數(shù)據(jù)計(jì)算模式等方面存在不合理的現(xiàn)象，繼而使得所涉非振蕩被錯(cuò)判為振蕩信號(hào)，比方說(shuō)，時(shí)有發(fā)生頻譜混疊導(dǎo)致的偽低頻振蕩及偽次同步振蕩。這主要是歸屬為以下因素：在對(duì)連貫性信號(hào)予以探尋、收集和樣品選取過(guò)程中，假若沒(méi)有對(duì)關(guān)聯(lián)性的專業(yè)理論知識(shí)進(jìn)行充分參考和運(yùn)用，必然會(huì)使得樣品選取后信號(hào)發(fā)射的波頻出現(xiàn)疊加的現(xiàn)象，也就是說(shuō)，如果樣品收集、選取過(guò)程的頻次超出了既定的頻次基準(zhǔn)，會(huì)使得樣品選取發(fā)射信號(hào)的頻次則會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的減少。因此，從同步相量監(jiān)測(cè)子站的角度看，由于所涉及的數(shù)據(jù)計(jì)算過(guò)程沒(méi)有設(shè)置適當(dāng)?shù)臉颖静杉x擇頻率，必然會(huì)引起波頻疊加現(xiàn)象，進(jìn)而容易使高頻區(qū)域的疊加頻率達(dá)到50Hz左右，由此可以看出，信號(hào)頻率與排號(hào)振蕩的頻率不相稱，導(dǎo)致工作人員操作過(guò)程難度大，加重工作人員的負(fù)擔(dān)。所以，基于這樣的考慮，保證收集和選取到理想中的樣品，接收和判定出正確的信號(hào)，保證振蕩頻次的合理，就需要以全面防控頻譜疊加、采樣頻次處于最高頻次的2倍以上為前提。

6 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代電力系統(tǒng)技術(shù)的快速更新升級(jí)，促進(jìn)了廣域測(cè)量工作標(biāo)準(zhǔn)的提升。在相關(guān)工作開展中，就應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)對(duì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)子站中的技術(shù)要點(diǎn)做出分析，通過(guò)對(duì)這些技術(shù)要點(diǎn)使用狀況的分析，總結(jié)其中影響因素，落實(shí)具有高度相應(yīng)性和精準(zhǔn)性的優(yōu)化對(duì)策，進(jìn)而在力求增進(jìn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)子站技術(shù)水平的同時(shí)，也助力電力系統(tǒng)長(zhǎng)久穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 王英濤，張道農(nóng)，謝曉冬，等.電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳輸規(guī)約[J].電網(wǎng)技術(shù)，2007（13）：81-85.