多功能同步測(cè)量網(wǎng)絡(luò)

多功能同步測(cè)量網(wǎng)絡(luò)第1頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月0引言在1992年，紐約電力管理局（NYPA）及其他獨(dú)立州的電能研究合作委員會(huì)（ESEERCO）發(fā)起在紐約高壓傳輸系統(tǒng)中推廣使用采用相量測(cè)量技術(shù)的同步測(cè)量網(wǎng)絡(luò)。五年以后，總數(shù)為150個(gè)測(cè)量信道已建立，其中138個(gè)信道測(cè)量的是46個(gè)可測(cè)相量的三相量。第2頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月到現(xiàn)在為止，相量數(shù)據(jù)僅用于離線方式。與一個(gè)新的能量管理系統(tǒng)一起，紐約電力管理局發(fā)起了一個(gè)工程，相量數(shù)據(jù)將實(shí)時(shí)的送進(jìn)能量管理系統(tǒng)并輸入到新的正在研究的狀態(tài)估計(jì)器。采用相量數(shù)據(jù)作為電力系統(tǒng)狀態(tài)的直接測(cè)量被預(yù)計(jì)將改善估計(jì)器的性能，估計(jì)器是能量管理系統(tǒng)其它應(yīng)用的重要部分。這篇文獻(xiàn)確定了測(cè)量網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前和未來(lái)的地位（見(jiàn)圖1），富有特色的諧波測(cè)量、擾動(dòng)監(jiān)視和地磁感應(yīng)電流監(jiān)視功能。第3頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第4頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1同步測(cè)量

一個(gè)同步測(cè)量系統(tǒng)要求在不同子站的測(cè)量除了幅值外還包括相對(duì)于一個(gè)參考點(diǎn)的相角數(shù)據(jù)。相位信息在測(cè)量的絕對(duì)時(shí)間被獲得。所有測(cè)量的時(shí)間對(duì)于一個(gè)時(shí)間參照而言必須是同步的，這個(gè)時(shí)間參照對(duì)于所有局部系統(tǒng)必須是同樣的。這個(gè)時(shí)間參照從全球定位系統(tǒng)（GPS）獲得，全球定位系統(tǒng)是由美國(guó)防御部門(mén)運(yùn)行的24顆衛(wèi)星組成的星座。由全球定位系統(tǒng)接受器提供的參考信號(hào)精度達(dá)到0.5微秒。這是一個(gè)對(duì)于基頻為0.02度或25階諧波為小于1度的絕對(duì)相位分辨率。第5頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2硬件宏達(dá)因模型（theMacrodyneModel）1690相量測(cè)量單元（PMU）用來(lái)作為數(shù)據(jù)采集硬件并包括一個(gè)全球定位系統(tǒng)接受器。每一套設(shè)備都由安裝有相量測(cè)量單元的小格子、用于電壓和電流測(cè)量的合適的開(kāi)關(guān)和分流器、一臺(tái)帶有液晶顯示屏及監(jiān)視計(jì)時(shí)器和調(diào)制解調(diào)器的個(gè)人電腦組成。輸入電壓和電流被過(guò)濾并以2880HZ采樣頻率數(shù)字化。第6頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月所有地方的采樣時(shí)鐘和從全球定位系統(tǒng)來(lái)的1—PPS信號(hào)同步。每一個(gè)輸入信道都有一個(gè)16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并與常規(guī)系統(tǒng)隔離。數(shù)字濾波和精確成型的差分輸入平臺(tái)提供了好于0.1度的相位匹配及一般拒絕高于輸入帶寬為80DB的噪音模式。圖2展示了硬件的圖形化布置。第7頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)前同步測(cè)量系統(tǒng)執(zhí)行三個(gè)不同的功能：（1）

諧波測(cè)量（2）

擾動(dòng)監(jiān)視（3）地磁感應(yīng)電流（GIC）監(jiān)視。第8頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第9頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3諧波測(cè)量同步測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的諧波測(cè)量功能叫做諧波測(cè)量系統(tǒng)（HMS），它由前述硬件和針對(duì)子站和主站計(jì)算機(jī)精心研制的軟件一起組成。每十五分鐘，系統(tǒng)數(shù)據(jù)的快照被相位測(cè)量系統(tǒng)捕獲并送到局部計(jì)算機(jī)去補(bǔ)償因儀表信道的不理想特性引起的誤差。隨后，諧波通過(guò)傅立葉變換被提出來(lái)并傳送到亞特蘭大的主站進(jìn)行全局?jǐn)?shù)據(jù)處理，從而系統(tǒng)內(nèi)的諧波潮流被形成。第10頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.1諧波測(cè)量的誤差校正諧波測(cè)量系統(tǒng)的輸入信號(hào)來(lái)自于被設(shè)計(jì)為主要用于60HZ測(cè)量的儀表。這些信號(hào)對(duì)于諧波測(cè)量的精度是不知道的但必須被量化。實(shí)際上，圖3中的每一個(gè)元件也將引進(jìn)誤差。這些元件是儀表變送器、控制電纜、負(fù)載和相位測(cè)量單元。第11頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第12頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月從實(shí)踐來(lái)看，誤差校正方式應(yīng)當(dāng)集中于誤差的主要來(lái)源。通過(guò)實(shí)驗(yàn)已確定測(cè)量誤差的主要來(lái)源是：（1）

儀表變送器的不理想特性（2）

相位測(cè)量單元的不理想特性（3）

電纜和負(fù)載的影響第13頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖4介紹了相量測(cè)量單元的傳遞函數(shù)。圖5展示在麻斯子站電容器終端捕獲的疊加了校正波形的原始數(shù)據(jù)。注意到誤差校正顯著的提高了諧波測(cè)量的精度是非常重要的。從圖5可以看出儀表變送器和其他元件在電力系統(tǒng)和相位測(cè)量單元之間會(huì)引起相位偏移和信號(hào)延遲，這必須利用這些元件頻率響應(yīng)特性補(bǔ)償這些影響，信號(hào)從而得到校正。第14頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第15頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第16頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2諧波測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)的利用諧波數(shù)據(jù)被采集、分析和歸檔。這些數(shù)據(jù)提供了高電壓傳輸系統(tǒng)諧波和系統(tǒng)擾動(dòng)的產(chǎn)生和傳播的有用的信息。這些數(shù)據(jù)也用來(lái)消除引起系統(tǒng)問(wèn)題的諧波和估計(jì)傳輸線路的參數(shù)。圖6作為由諧波測(cè)量系統(tǒng)生成報(bào)告的例子，闡明了麻斯345KV子站的基頻和整個(gè)諧波扭曲的快照。第17頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第18頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第19頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4擾動(dòng)監(jiān)視一旦監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)擾動(dòng)，諧波測(cè)量單元就啟動(dòng)附有時(shí)間標(biāo)簽的正序系統(tǒng)數(shù)據(jù)的記錄。監(jiān)視是基于系統(tǒng)頻率突然變化及最小和最大的系統(tǒng)電壓水平的一個(gè)臨界值?；谶@些觸發(fā)脈沖線性組合和基于兩個(gè)量相角差是一樣好，但后者現(xiàn)在一般不使用。基于幾種擾動(dòng)，所有或一些相位測(cè)量單元會(huì)被觸發(fā)。第20頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用來(lái)記錄擾動(dòng)的電流有效采樣頻率是每秒六個(gè)樣本，能觀測(cè)3Hz以下的震蕩。記錄長(zhǎng)度是72秒，包括17秒觸發(fā)前的信息。相位測(cè)量單元可通過(guò)設(shè)定參數(shù)和通過(guò)一般安全檢查的調(diào)制解調(diào)器遠(yuǎn)程到達(dá)。每個(gè)相位測(cè)量單元能儲(chǔ)存16個(gè)記錄。每晚，擾動(dòng)記錄都被送到位于紐約電力庫(kù)（NYPP）的主站并送到可通過(guò)撥號(hào)進(jìn)入的公告系統(tǒng)（BBS）。公告系統(tǒng)現(xiàn)在位于紐約電力庫(kù)并被數(shù)據(jù)庫(kù)工程師監(jiān)視和維護(hù)。成員公司的工作人員通過(guò)公告欄進(jìn)入。第21頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相量數(shù)據(jù)的分析和畫(huà)圖是被對(duì)用戶友好的、以窗口為基礎(chǔ)、用戶習(xí)慣的、名字叫桌面處理程序（TPP）和桌面合并程序（TMP）來(lái)完成，這個(gè)程序是為這個(gè)目的特別研制的。研制的軟件對(duì)處理相量數(shù)據(jù)有特別的考慮。我們的經(jīng)驗(yàn)表明在分析相量數(shù)據(jù)時(shí)使用其他數(shù)據(jù)處理軟件或擴(kuò)展表格程序是非常煩人和花時(shí)間。這是因?yàn)闉榱吮３窒嗔慨?huà)圖時(shí)有意義而在加或減180度之間跳躍。使用桌面處理程序就能通過(guò)點(diǎn)擊鼠標(biāo)計(jì)算有功和無(wú)功、相角差、對(duì)所選擇量進(jìn)行快速傅立葉變換及畫(huà)圖和打印所有量。第22頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.1發(fā)電損失分析圖7顯示甩掉大電機(jī)時(shí)對(duì)美國(guó)東部互連系統(tǒng)頻率的沖擊，這是在1997年7月21日美國(guó)東部夏令時(shí)間16時(shí)21分44秒美國(guó)電力洛克2端發(fā)生的事故。這甩掉了1300MW的發(fā)電負(fù)荷，導(dǎo)致頻率降低0.036HZ。這可以表示成每3610MW降0.1HZ或每361MW降0.01HZ。這是東部互連系統(tǒng)典型響應(yīng)。第23頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月安排頻率恢復(fù)花了幾分鐘時(shí)間，當(dāng)開(kāi)始恢復(fù)時(shí)這個(gè)事故的記錄已結(jié)束。像這樣的事件被監(jiān)視因而系統(tǒng)的自然調(diào)節(jié)特性可以被計(jì)算，頻率偏移值設(shè)定。這個(gè)記錄來(lái)自于羅賓遜路子站，單對(duì)這個(gè)事故任何一個(gè)子站的記錄本質(zhì)是一樣的。觸發(fā)是由頻率偏移到臨界值0.02HZ觸發(fā)的。第24頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第25頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.2線路故障分析在1997年8月28日美國(guó)東部時(shí)間15時(shí)40分，潘那爾—克勒2號(hào)線發(fā)生三相故障（treefault），它被正確切除。同時(shí)，克勒—奧而尼6號(hào)線也跳閘。這是6號(hào)線繼電器的不正確動(dòng)作。一個(gè)記錄，被顯示在圖8中，在麻斯345KV子站東部的2號(hào)母線被觸發(fā)（因頻率偏移）。第26頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月這個(gè)電壓幅值的特別記錄對(duì)分析這個(gè)事故非常有用，因?yàn)樗峁┝诉@個(gè)事件的完整圖片。最初的故障是在17秒，隨后被切除，馬上又重合，1秒后故障又發(fā)生并被切除。1秒后重合和開(kāi)斷發(fā)生在39秒。6號(hào)線大約在53秒重新投入運(yùn)行，在麻斯的電壓恢復(fù)到故障前水平的一半多一點(diǎn)。第27頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第28頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5地磁感應(yīng)電流監(jiān)視眾所周知，地磁感應(yīng)電流會(huì)引起電力系統(tǒng)崩潰。盡管在紐約子站相量測(cè)量硬件的裝設(shè)一直作為地磁感應(yīng)電流監(jiān)視的項(xiàng)目，由于缺少太陽(yáng)活動(dòng)及太陽(yáng)風(fēng)暴周期的高峰在幾年以后，其他的應(yīng)用被給予了更多的關(guān)注。自從地磁感應(yīng)電流監(jiān)視在紐約投入運(yùn)行，沒(méi)有再觸發(fā)監(jiān)視單元，盡管為了提高靈敏性而減小了觸發(fā)的臨界值。相反地，地磁感應(yīng)電流監(jiān)視系統(tǒng)是可以運(yùn)行的，監(jiān)視通過(guò)變壓器和電抗器組的中性點(diǎn)的直流電流以及系統(tǒng)諧波的分布。第29頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月使用霍爾效應(yīng)測(cè)量電流并直接連接到相量測(cè)量單元。在相量測(cè)量單元里32位68030處理器執(zhí)行對(duì)輸入量的諧波計(jì)算并存儲(chǔ)在緩沖存儲(chǔ)器里。當(dāng)某一個(gè)安裝點(diǎn)超過(guò)觸發(fā)水平時(shí)，那個(gè)單元開(kāi)始記錄并通知事故地磁感