绩效评估和操作pmu的电力系统

k . Sundararaju。Nandhakumar, S.Jeeva
电气电子工程系,m . Kumarasamy工程学院Karur (DT),印度泰米尔纳德邦,

文摘

本文给出了相量测量单元(PMU)的基本思想。在这个不断增长的领域的重组电力系统监控是更重要的。本文评论在不同应用程序的相量测量单元(pmu)电力系统网络先进的电力系统监测、保护和控制。还介绍了当前状态的研究和发展领域的的应用pmu在电力系统网络。PMU的实验室检测提供了PMU测量的准确性。作者坚信,本文调查将非常有用的研究人员发现相关的引用领域的的应用pmu在电力系统网络。

关键字

PhasorMeasurement单位(pmu),电力系统网络。电力系统监控、重组电力系统

介绍

Synchrophasor技术和系统使用监控设备称为相量测量单元(pmu)测量瞬时电压,电流,频率在特定位置的电力传输系统。这些参数的采样进行20次以上/电周期每秒1200次以上。pmu测量参数转换成矢量值,通常每秒30或更多价值。pmu也添加一个精确的时间戳(使用一个定义良好的格式称为IEEE C37.118)而把他们变成“同步向量”这些矢量值。pmu所提供的这些矢量值,在不同地点和不同电力行业组织、相关和timealigned然后结合[1]。由此产生的产品使输电网规划者和运营商有一个高分辨率的“图片”在整个电网的条件。Synchrophasor使用当美国自2004年以来一直在增加加拿大停电调查报告认为,北美的许多重大停电造成的电网运营商的态势感知能力不足,并建议使用synchrophasor技术来提供这种广域电网实时可见性[2]。最近,北美电力可靠性公司(NERC)的实时工具最佳实践工作组建议实时操作工具应该高速功能,无论是访问数据和处理数据,以确保电力系统在未来将是可靠的。

PMU的组件

1。pmu相量计算和时间戳,并使用而创建的“同步向量”来衡量电网条件。其他设备与PMU-like功能包括升级继电器和数字故障记录器(dfr),通常捕获数据在特定事件如系统故障(或短路时如树倒对输电线路),设备故障,发电机跳闸的服务。

2。相量数据集中器(髓样),电脑软件接收数据流从pmu和其他PDCs, time-align synchrophasor来自多个数据源的数据创建一套系统的相关测量数据发送到计算机进行处理的应用程序软件。髓也执行数据质量检查、监控性能的pmu数据归档和饲料[3]。越来越多的PDC功能可以在输电变电站位于网格,聚合本地PMU数据和喂养它的本地应用程序和行为,以及通过数据上游多个应用程序和业务中心。

3所示。通信网络使用不同的技术和速度之间交付synchrophasor数据pmu, PDCs,作战中心。

4所示。使用在线和离线synchrophasor数据的应用程序使用。在线应用程序的一个例子是实时电网监测和控制使用的可靠性工程师和操作员的操作中心。离线应用程序包括使用如操作建模、传播规划和法医分析。

大部分的复苏法案synchrophasor项目开发广域测量系统的广域保护()收集synchrophasor从pmu测量他们的电力系统或整个互连可靠性协调员。pmu的组件已在图1中。

答:pmu的前景

pmu促进创新的解决方案与传统效用问题和提供电力系统工程师一系列潜在的好处,包括:

•可获得精确的电力系统状态估计在频繁的时间间隔,使动态现象从一个中央位置,观察和适当的控制行动。

•确保电源提供给消费者的可接受的质量。

•Post-disturbance分析大大提高,因为精确的快照系统状态是通过全球定位系统(GPS)同步。

•分析对任何应急系统的脆弱性。这就是所谓的电力系统网络的安全评估。先进保护基于同步相量测量可以实现,与选项为提高总体系统应对灾难性事件。

•先进的控制使用远程反馈成为可能,从而提高控制器性能。

利用PMU电力系统

GPS系统由24颗人造卫星组成的6个轨道在一个近似的高度高于地球表面10000英里。他们因此大约一半的高度对应一个geo-synchronous轨道。轨道平面的定位和定位卫星的轨道,在任何给定时刻至少四颗卫星正在从地球表面上的任何点。通常,超过六卫星是可见的。

民用GPS系统的信道传输位置坐标的卫星接收机站在地球上的位置可以确定。此外,卫星传输onepulse /秒信号,连同一个标识符的信号可以解释地球站接收器[5],[8]。民用传输时间信号的精确到1微秒,并且经常在实践中发现更准确。脉冲的时间至关重要的应用程序被认为是在这里。正常的做法是锁相采样时钟脉冲。采样时刻将标识为一秒钟的间隔时间内的脉冲数确定的GPS time-tag。具体格式time-tagging定义在IEEE标准1344。应该提到一次标准称为IRIG-B标准目前使用的电力行业time-tagging数字故障记录和其他变电站事件监视系统。然而,随着标准IRIG-B接收器的同步精度1毫秒的顺序,为准确测量电力系统是不够的。

一个。相量测量的概念

虽然一个常数相量意味着一个静止的正弦波形,在实践中有必要处理whichconsider相量测量输入信号在一个有限的数据窗口。在许多pmu数据窗口中使用一个周期的基本频率的输入信号。如果电力系统频率不等于其票面价值(很少),PMU使用提出步骤,从而估计的基本频率分量估计相量。很明显,输入信号谐波或非调和组件。PMU的任务是独立的基频分量和发现其相量表示。最常见的技术决定的相量表示一个输入信号是使用从波形采集的样本数据,并应用离散傅里叶变换(DFT)计算相量。由于抽样数据用于表示输入信号,至关重要的是,抗锯齿过滤器被应用到信号之前数据样本。抗锯齿过滤器是模拟设备的通带的带宽限制为少于一半的数据采样频率(奈奎斯特准则)。

同步的实现是通过使用一个采样时钟是锁相one-pulse-per-second信号由GPS接收器提供了图3所示。接收者可能会建在PMU,或者可以安装在变电站和同步脉冲分布式PMU和其他设备需要它。时间标记是每隔一段时间的倍数的名义电力系统频率。还应该指出的是,正常输出PMU的正序电压和电流相量。在许多情况下pmu也能够提供个人相电压和电流相量

pmu的测试

PMU的实验室检测包括两个主要方面:稳态测试和动态测试,旨在评估PMU性能的实验室测试设备[10]。在评述,双酚a与美国能源部合作太平洋西北国家实验室(PNNL)发展和实践实验室测试技术支持本文的认证的pmu超过十年之久。美国国家标准与技术研究院(NIST)发起了一项标准化努力描述PMU的性能。其他一些测试工作导致的面积用于PMU的实验室检测。

1。质量好与GPS天线GPS接收器。

2。好接收GPS信号需要确保timingaccuracy。

3所示。信号发生器:它应该能够生成multiphasesteady状态与指定的精度和动态信号幅度,相位,频率、相平衡,这些参数的变化。

4所示。数据收集设备:数据收集设备接收来自PMU相量测量和传输分析工具在适当的格式。

5。分析工具:一组工具需要解析PMU数据和分析每个测试规格所以PMU性能特征。

如果定义,应当performedaccording信号稳态测试范围和测试条件在这种情况下,这些稳态测试一致性测试来评估PMU表现在IEEE C37.118标准定义的标准。相比之下,其他称为稳态和动态测试性能测试,尚未开发的标准。

一个。稳态PMU测试

对于稳态测试,期间有一个恒定的振幅和频率的信号数据采集测试的一部分。Thesteady-state测试进行确认的准确性PMU在指定范围内当暴露于N指定的稳态操作条件。IEEE C37.118标准清晰定义的总误差向量(国营电视台)指标,并建立了0级和一级合规要求PMU在稳态条件下。这些法规遵循需求定义的国营电视台级别相量测量大小,矢量角测量、谐波失真和带外干扰。

以下类型的稳态测试提出了测试指南:

•级精度测试

•阶段精度测试

•频率精度测试

•变化率的频率精度测试

•不平衡级响应测试

•偏移频率响应测试

•谐波频率响应测试

•带外干扰测试:评估PMU性能响应信号与频率通带外的PMU的过滤特性。过滤得到的要求在图4中。

•数据报告测试:这是确认PMU相量协议(例如C37.118)、相量报告率(例如每秒30个样本),和部分二值对应报告率。

b .动态PMU测试

动态测试中,振幅或频率thesignals测试期间的变化。IEEE C37.118标准并不建立在动态条件下遵从性需求。在这种背景下,动态测试性能测试与一致性测试。在许多相量应用,一致的动态性能在所有pmu在一个相互联系的系统是一个伟大的重要的除了他们的稳态性能。例如,一个系统,测量和记录相量同一父本小信号稳定分析系统动力学在大型系统扰动,系统动态频率在不同的位置可能会改变,需要pmu能够遵循在所有pmu频率快速变化和持续。PMU动态性能的一个关键方面是它的过滤特性。

PMU在电力系统应用的调查

一个。分布式电力系统

大规模分布式测量系统是多个应用程序和研究的对象。这个文学的目标是开发,利用GPS接收器,适合连续监测的测量技术方面的电气物理量indistribution网络同步相量。

B。在电力系统谐波测量

基于高性能的测量系统,全球定位系统(GPS)接收器和通用的采集(采集)董事会的评估节点的谐波相量同步电动分销网络,。以满足不同应用领域的要求,两个测量程序已经实现:一是基于fixedobservation窗口,而在另一个,观测时间间隔是一个实际的电力系统频率的函数。测量程序一直延伸到谐波量,使它们适合建立一个innovativemeasurement系统能够执行评估谐波的同步相量电气分销网络。在这个文学,进一步细化程序,以及新的实验结果。一些存在的文学作品(见,例如,

提出了以gps谐波测量系统来确定谐波状态,专门为传输系统。这样的系统是解决谐波污染的问题ofharmonic共振传输网络和相关的可能性。pmu最有趣的发展领域的电力系统的实时监控。在这种文学,数字的实现程序,适合的评价synchronizedharmonic相量以灵活的pmu基于PXI模块化的硬件。实验测试的结果显示Tocharacterize的测量系统来评估行为设计的仪器在实际操作条件对三相电力分销网络

电力系统电压稳定

电力系统电压崩溃是一个关键问题,影响运营安全。及时和准确的电压安全评估是必要的检测post-contingency为了防止大型scaleblackout电压问题。介绍了一个在线电压安全评估计划使用同步相量测量并定期updateddecision树(DTs)。Glavic和接受即将到来的早期检测的电压不稳定的系统状态providedby同步相量测量。认识到电压不稳定检测需要评估一个多维系统,methodfits一组代数方程的取样,并执行一个有效的灵敏度计算,以确定当结合ofload权力通过最大值。在励磁限制的重要影响[12]。这种方法不会requireany负载模型。即将到来的早期检测的电压不稳定系统statesprovided同步相量测量。

d .振动检测

振荡发生扰动时,发电机在电网和旅行等电压或频率摆动高和低,这样他们超出标准的可接受的操作限制。一个稳定、welldamped电气系统将解决一个事件或扰动后恢复正常操作值;无阻尼振荡引起一个不稳定的系统可能会加速,导致电压崩溃或停电。因为pmu样本电网条件以非常高的速度,他们可以检测振荡和便于操作员报警或自动干预促进阻尼行为,常规低频(较小)振荡发生在一个人或一组发电机振动或摆动对其他同步发电机运行在同一个系统上。这些振荡可能是由于权力转移从一个实用系统到另一个当涡轮高速自动控制试图维护一个精确的频率。

E。频率稳定度监测

pmu测量电力系统频率,这是一个关键指标的生成和负载之间的权力平衡系统。北美的ac(交流电)电力系统运营60赫兹的频率(60赫兹),通常稍高或低偏离了60赫兹电力系统的状态不断变化与生成和负载。如果频率高,那么一代大于负载,而产生的收益率低于负载频率低于60赫兹。突然的变化频率由于代重大损失或负载可能影响电力系统稳定和导致停电。

F。干扰检测和惊人的研究

分析表明,的变化率输电变电站之间的相角差,例如,是一个重要的指标增长powersystem压力。增加相角或大相角差作为传播算子警报的依据。synchrophasorbased态势感知和申请热门工具之一就是让他们显示的趋势相角度与相角限制为了警告操作者当压力增加。这种工具为电力系统运营商提供情报。当相位角度超过临界限制时,运营商可以执行纠正措施。

结论

随着电力系统倾向于重组pmu在授权经营起着至关重要的作用。本调查旨在提供pmu的操作和其在电力系统的影响。pmu的兴趣增长和广域保护在世界范围内,显然,这些系统将实现在大多数主要的传输网络。这个努力的成功在很大程度上取决于坚持pmu的行业标准管理。本文还解决了一个调查在主要的电力系统应用程序,帮助减少大电力系统停电。利用pmu的真正的力量干扰记录是可以轻松支持广域记录使用现有的通信网络。捕获数据的不同点上系统提供了更好的在电力系统故障分析系统性能。

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