廣域測量系統(tǒng)綜述

1、廣域測量系統(tǒng)綜述廣域測量系統(tǒng)WAMS(Wide Area Measurement System)主要源自電力系統(tǒng)時間上同步和空間上廣域的要求，利用全球定位系統(tǒng)GPS(Global Position System)時鐘同步，進行廣域電力系統(tǒng)狀態(tài)測量。傳統(tǒng)的SCADAEMS系統(tǒng)中，使用RTU（remote terminal unit）作為測量手段，能夠測量電壓、電流的有效值和功率，可以表征系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)潮流，但沒有對描述系統(tǒng)機電動態(tài)性能十分重要的相對相角量及其派生量；另一方面，測量的時間尺度為數秒級，因而得到的系統(tǒng)數據是歷史的、不同時的，即便我們?yōu)槠湓黾覩PS時標，仍然只能監(jiān)測系統(tǒng)

2、穩(wěn)態(tài)或準穩(wěn)態(tài)運行情況。而在故障監(jiān)測方面，傳統(tǒng)的保護系統(tǒng)使用故障錄波器DFR（digital fault recorder）作為監(jiān)測手段，時間尺度可達到微秒級，速度很快。但DFR只能測量瞬時值，無法獲得全面的系統(tǒng)動態(tài)過程信息，因而主要用于對故障后電磁暫態(tài)過程的記錄，而無法對整個系統(tǒng)的動態(tài)過程進行記錄和分析。而廣域測量技術使用PMU（phasor measurement unit）作為測量手段，可以基于GPS標準時鐘信號，測量得到信號的同步相量數據，其時間尺度介于RTU和DFR之間，目前最快可達10ms左右。廣域測量技術的優(yōu)點在于，它可以實現異地的同步相量測

3、量，并保持足夠高的精度，同時能夠保證高速通信和快速反應，因而非常適合目前不斷擴大的電網規(guī)模。另一方面，由于提供了相量數據，我們可以分析功角、無功儲備等動態(tài)信息，從而能夠對電網的動態(tài)過程進行實時監(jiān)測，有助于調度和控制。WAMS主要由位于廠站端的PMU通信系統(tǒng)和位于調度中心的控制系統(tǒng)組成。網上有論文提出的WAMS結構如圖1所示。其中主站位于省調度中心，子站為各功角監(jiān)測點，子站由相角和功角測量裝置#時間同步裝置、通信系統(tǒng)和工控機組成。為了保證實時性，主站與子站之間的通信通道采用專用的微波通道。該系統(tǒng)已經通過了動模試驗，各項技術指標已達運行要求，并且部分功能模塊已經現場運行。而有另一篇論文提出了一個更

4、完整的監(jiān)測系統(tǒng)，其結構如圖2所示。 圖2中各上位機與其相連的下位機共同組成一套基本的PMU，各PMU獨立地從GPS系統(tǒng)得到高精度時鐘并以此為基礎同步進行數據采集和相角測量及其他工作。采用上下位機結構的目的是提高PMU單元對不同應用場合的適應性，下位機與上位機之間采用高性能的局域網連接，各PMU的測量結果除按需要在本地進行適當的顯示和記錄外，必要的信息通過廣域網送到主站中央處理機進行集中處理，該系統(tǒng)與前個系統(tǒng)相比，其通信系統(tǒng)采用了局域網和廣域網通信技術，并且設置了專用的控制通道，使整個系統(tǒng)功能更強大，結構更加合理。針對全國聯網，有文獻提出了一個全國性的WAMS，如圖3所示。由國家調度中心、網調度

5、中心、省調度中心和就地監(jiān)控4級組成。相角信息可以上行，也可下行。該系統(tǒng)的中心處理機設置于省調或網調中心，同一網局內的省調之間可以交換信息，國家調度中心的相角信息來自于各網局，而網局的相角信息來自于各省調度中心；國調、網調和省調在各自的范圍之內，能看到全局、局部或相鄰局部的相角矢量圖，并可根據系統(tǒng)的運行工況或受擾大小及時作出調整。 顯然，WAMS對通信系統(tǒng)的質量、通信的實時性都有較高的要求。由于國內大多數電網近年將建成以光纖通信網為主的電力通信網絡，WAMS應該盡量利用現有的網絡通信條件，本著近期與遠期相結合的原則，利用以太網、ATM等技術提高通信系統(tǒng)的效率，以滿足實時性要求。PMU的關鍵在于相

6、角和功角的測量，而有效值等量的測量則與傳統(tǒng)裝置無異。這里的相角是指母線電壓或線路電流相對于系統(tǒng)參考軸之間的夾角，某臺發(fā)電機的功角i是指該機q軸與系統(tǒng)參考軸之間的夾角。目前，歐美國家安裝的絕大部分PMU實際上只能測量相角，國內部分電網安裝的PMU能測量功角。對于將來的應用功能，有文獻給出了WAMS的可能應用功能，如圖4。WAMS不僅可以取代傳統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)完成系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)監(jiān)測任務，而且可以應用于系統(tǒng)的動態(tài)行為監(jiān)測、穩(wěn)定監(jiān)測和故障分析等領域。當然，要實現這些功能，還需要解決一系列的理論和技術問題，比如穩(wěn)定的預測與控制等。廣域測量系統(tǒng)研究開發(fā)的最終目標是建立新一代EMS。PMU可能結合或替代RTU，WAMS可能結合或替代SCADA。在功能上將目前的穩(wěn)態(tài)水平監(jiān)測提高到動態(tài)水平監(jiān)