基于PMU同步數(shù)據(jù)的線路參數(shù)在線測量的研究.ppt

微通電力系統(tǒng)室,基于PMU同步數(shù)據(jù)的線路參數(shù)在線測量的研究,劉 春 玲,微通電力系統(tǒng)室,內(nèi)容提要： 一、PMU發(fā)展及應(yīng)用簡介。 二、在線動(dòng)態(tài)量測系統(tǒng)適用的領(lǐng)域。 三、發(fā)展前景展望。 四、線路參數(shù)在線測量的優(yōu)越性和必要性。 五、基于PMU同步數(shù)據(jù)的線路參數(shù)在線測量方法。 六、工作計(jì)劃。,微通電力系統(tǒng)室,同步相量測量裝置(PMU:Phasor Measurement Unit )是基于全球定位系統(tǒng)(GPS:GlNoabal Position System )及微處理目的的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中安裝PMU主要是用于系統(tǒng)的穩(wěn)定和控制。電力系統(tǒng)中的電量(如電流、電壓)均為正弦量，正弦量有幅值、頻率和初始相角三個(gè)要素 。對同頻率的電量來講，幅值和相角是關(guān)鍵因素。長期以來，電量的幅值可以方便地測量，但相角測量卻是個(gè)難題。相角測量方面的研究和應(yīng)用被稱為當(dāng)前電力系統(tǒng)的三大前沿課題之一，相角的實(shí)時(shí)測量使得人們能實(shí)時(shí)地看到系統(tǒng)的狀態(tài)，這必將提高電力系統(tǒng)的監(jiān)控和保護(hù)的能力，因此各國電力公司都在研究對策，積極增加相角測量裝置的數(shù)量，并開展多種試驗(yàn)研究。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和逐步成熟，相角測量可望在電力系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)、靜態(tài)穩(wěn)定的監(jiān)視、暫態(tài)穩(wěn)定的預(yù)測及控制，和自適應(yīng)失步保護(hù)方面發(fā)揮其作用。,微通電力系統(tǒng)室,在線動(dòng)態(tài)量測系統(tǒng)適用的領(lǐng)域,在線潮流計(jì)算 在線參數(shù)辨識(shí) 穩(wěn)態(tài)監(jiān)測 在線狀態(tài)估計(jì) 在線靜態(tài)安全分析 最大相角差測量 電機(jī)動(dòng)態(tài)行為監(jiān)測 動(dòng)態(tài)行為檢測 負(fù)荷動(dòng)態(tài)行為監(jiān)測 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為監(jiān)測 靜態(tài)穩(wěn)定監(jiān)測 電壓穩(wěn)定監(jiān)測 穩(wěn)定檢測 在線暫態(tài)穩(wěn)定監(jiān)測 在線暫態(tài)穩(wěn)定預(yù)測 失步預(yù)測 區(qū)域穩(wěn)定控制 故障分析 故障監(jiān)視及判斷 故障測距,微通電力系統(tǒng)室,三、發(fā)展前景,隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和電力供應(yīng)短缺現(xiàn)象的出現(xiàn)，供電形勢日趨嚴(yán)峻，電力系統(tǒng)經(jīng)常運(yùn)行在穩(wěn)定極限邊緣，在這種情況下，現(xiàn)有的基于RTU的SCADA系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng))及以其為基礎(chǔ)的各種應(yīng)用系統(tǒng)不足以支持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。因?yàn)镾CADA系統(tǒng)只能提供穩(wěn)態(tài)的、低采樣密度的、不同步的電網(wǎng)時(shí)間斷面信息，調(diào)度中心不能根據(jù)這些信息跟蹤系統(tǒng)的發(fā)展軌跡，準(zhǔn)確掌握系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)情況。PMU及以其為基礎(chǔ)的WAMS(廣域測量系統(tǒng))使得在更精細(xì)的時(shí)間尺度上對電力系統(tǒng)進(jìn)行同步觀測，以及利用這些精細(xì)數(shù)據(jù)對電力系統(tǒng)進(jìn)行全新的分析成為可能，從而彌補(bǔ)了SCADA系統(tǒng)的不足。,微通電力系統(tǒng)室,盡管從理論上講WAMS系統(tǒng)完全可代替現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)，但在現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平下，這樣做并不現(xiàn)實(shí)，原因如下： 1.雖然對電力企業(yè)來講PMU本身的造價(jià)不是問題，但建立完備的WAMS系統(tǒng)可能需要大量的資金投入，拋棄SCADA系統(tǒng)意味著拋棄先前對它的投入，因此會(huì)造成巨大的資金浪費(fèi)。 2.目前SCADA技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，并且積累了相當(dāng)豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，已成為調(diào)度運(yùn)行人員的得力工具：相比較而言，WAMS則是一個(gè)全新的系統(tǒng)，技術(shù)上存在很多不成熟因素，并且缺乏相應(yīng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，以之代替成熟的SCADA系統(tǒng)存在較大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。,微通電力系統(tǒng)室,3.無論對現(xiàn)有的電力通信設(shè)施還是對調(diào)度控制中心的存儲(chǔ)設(shè)備來講，WAMS系統(tǒng)毫秒級的數(shù)據(jù)刷新頻率(WAMS數(shù)據(jù)刷新頻率一般要求每10ms或20ms刷新一次，將來可能更高)勢必會(huì)產(chǎn)生海量測量數(shù)據(jù)，這會(huì)帶來一系列諸如通信、存儲(chǔ)、管理、計(jì)算等方面的問題。 4.由于通信延遲等技術(shù)問題，WAMS數(shù)據(jù)不可避免地存在一定誤差，盡管可通過數(shù)據(jù)處理方法來減小這些誤差，但對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可能超過現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的處理能力。,微通電力系統(tǒng)室,由于以上種種原因使得在目前的技術(shù)水平下WAMS還不可能完全代替SCADA系統(tǒng)，PMU也不能像RTU那樣普遍安裝，但應(yīng)看到WAMS系統(tǒng)很好的彌補(bǔ)了現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)的不足。在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)將呈現(xiàn)SCADA與WAMS兩套系統(tǒng)并存的狀況。基于WAMS數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析方面已經(jīng)取得一些極具啟發(fā)性的成果，但仍需加強(qiáng)研究如何更有效地利用這些數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對大電網(wǎng)穩(wěn)定性的快速預(yù)警、實(shí)時(shí)分析和評估，提高電網(wǎng)調(diào)度水平。,微通電力系統(tǒng)室,四、線路參數(shù)在線測量的優(yōu)越性和必要性 準(zhǔn)確的線路參數(shù)是正確進(jìn)行電力系統(tǒng)潮流計(jì)算、故障分析、網(wǎng)損計(jì)算和繼電保護(hù)整定計(jì)算等電力系統(tǒng)計(jì)算的基礎(chǔ)。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，輸電線路越來越多，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，電力系統(tǒng)計(jì)算時(shí)對線路參數(shù)的準(zhǔn)確性、可靠性的要求愈加嚴(yán)格。傳統(tǒng)的停電測量方法已不能滿足現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)的要求。現(xiàn)代電力系統(tǒng)及其操作人員更加迫切地需求一種方便快捷且準(zhǔn)確有效的線路參數(shù)測量方法。在測量線路參數(shù)時(shí)不能降低系統(tǒng)供電質(zhì)量，更不能影響系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性?；谕较嗔繙y量的對稱分量和不對稱增量結(jié)合的線路參數(shù)測量方法，能夠在線測量線路參數(shù)，不影響負(fù)荷的正常供電和潮流的優(yōu)化分布。,微通電力系統(tǒng)室,五、對稱分量和不對稱增量結(jié)合的在線測量方法 在線測量線路參數(shù)，可以用電力系統(tǒng)運(yùn)行中電壓和電流采樣值得到的同步相量來計(jì)算線路參數(shù)。線路參數(shù)的帶電測量中主要難點(diǎn)為零序參數(shù)的測量，以前的測量方法多因零序參數(shù)帶電測量無法實(shí)現(xiàn)或精度差而不能實(shí)用?；贕PS的線路零序參數(shù)帶電測量方法，曾有文獻(xiàn)提出利用繼電器進(jìn)行單相瞬時(shí)斷路造成的不對稱電量來計(jì)算線路的零序參數(shù)。理論上可以實(shí)現(xiàn)線路參數(shù)的帶電測量，但測量線路參數(shù)不能降低系統(tǒng)供電質(zhì)量，更不能影響系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，所以在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中是不可行的。 造成實(shí)際三相交流電力系統(tǒng)不對稱的因素： 故障性：由于三相電力系統(tǒng)中發(fā)生了不對稱故障所致。 正常性：由負(fù)荷不平衡引起，在實(shí)際電力系統(tǒng)中總是存在 的，但不對稱程度較小。,微通電力系統(tǒng)室,基于PMU同步數(shù)據(jù)零序參數(shù)可通過系統(tǒng)不對稱運(yùn)行狀態(tài)下的不對稱分量計(jì)算得到。,微通電力系統(tǒng)室,三相電流相量分別為 、 、 ，它可以分解出對稱分量 、 、 和不對稱增量 、 、 (疊加原理)，關(guān)系式如下： 不對稱增量部分可視為該系統(tǒng)單相斷相運(yùn)行。應(yīng)用對稱分量法把不對稱電流分量繼續(xù)分解為：正序、負(fù)序和零序三序分量： 、 、 ，如圖13 所示。,微通電力系統(tǒng)室,當(dāng)發(fā)生A相斷相故障時(shí)，可得到故障點(diǎn)的邊界條件為：,將邊界條件轉(zhuǎn)換用序分量表示，則有： 單相斷相的復(fù)合序網(wǎng)和兩相短 路接地的序網(wǎng)在形式上完全一 樣，但所代表的端口不同。,A相斷相復(fù)合序網(wǎng),微通電力系統(tǒng)室,由圖可得： 其中： 為線路的正序阻抗； 為為線路的零序阻抗； 為A相電流相量的對稱分量； 、 、 分別為A相電流相量的不對稱增量部分的正序、負(fù)序和零序相量分量。 為A相線路兩端電壓相量差。,微通電力系統(tǒng)室,由(2)(3)式可得:,微通電力系統(tǒng)室,上述結(jié)論正確與否還有待于在下一步工作中進(jìn)一步驗(yàn)證。,對稱分量和不對稱增量結(jié)合法計(jì)算線路參數(shù)，不但可用于無互感線路，也可以應(yīng)用于受互感作用的線路。當(dāng)線路上只有互感電壓 時(shí)，零序互感電勢 與零序互感電流 之比為線路零序阻抗 。當(dāng)線路上還有自身的電源時(shí)，線路上的互感電勢包含在線路兩端電壓差中，由其產(chǎn)生的互感電流包含在線路電流相量中，也被分解為正序、負(fù)序和零序分量，都包含于復(fù)合序網(wǎng)中。由于滿足疊加定理，作用在零序網(wǎng)上的電壓與其中流過的零序電流之比仍為零序阻抗。,微通電力系統(tǒng)室,六、工作計(jì)劃： 1.驗(yàn)證前面所得計(jì)算公式及方法的正確性。 2.完成線路參數(shù)在線測量仿真工作。 3.做出動(dòng)模實(shí)驗(yàn)方案和完成其它準(zhǔn)備工作。（進(jìn)行中） 4.做實(shí)驗(yàn)，然后對試驗(yàn)結(jié)果和仿真數(shù)據(jù)比較分析誤差原因。 5.數(shù)據(jù)分析處理，盡量有新發(fā)現(xiàn)。 6.挖掘故障測距(故障定位)與線路參數(shù)在線測量的銜接口， 盡可能將線路參數(shù)在線測量的方法運(yùn)用到故障測距中去。,微通電力系統(tǒng)室,需要解決的問題： 1.測零序參數(shù)需在系統(tǒng)不對稱運(yùn)行情況下進(jìn)行。由負(fù)荷不平 衡引起的三相交流電力系統(tǒng)不對稱，在實(shí)際電力系統(tǒng)中總 是存在的，但不對稱程度較小。通過多次測量取值計(jì)算， 分析系統(tǒng)不對稱程度與零序參數(shù)測量值的準(zhǔn)確程度之間的 關(guān)系，盡可能得到零序參數(shù)測量所需的一個(gè)可能的不對稱 程度范圍，并得出實(shí)際電力系統(tǒng)不對稱程度較小情況下運(yùn) 行用此方法的可行性大小。盡可能找出上述運(yùn)用于線路參 數(shù)在線測量的對稱分量和不對