广域同步相量测量(PMU).ppt

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1、广域同步相量测量技术及其应用,动态电力系统理论与方法之三,参考书目Synchronized Phasor Measurements and Their Applications,A.Phadke and J.Thorp,提 纲,广域同步相量测量技术广域同步相量测量技术发展简史国内外研究应用现状PMU核心技术问题PMU标准及测试评估主站支撑系统核心技术问题广域同步相量测量技术应用状态估计中的应用低频振荡识别及阻尼控制中的应用在保护控制中的应用,广域测量系统基本组成(Wide Area Measurement System),相量测量单元PMU(变电站）,数据中心站（调度中心）,相量测量单元PMU

2、（发电厂）,调度通信网,GPS,GPS,1,2,3,同步性快速性,借助WAMS技术，可以得到更准确的电网动态过程,提 纲,广域同步相量测量技术广域同步相量测量技术发展简史国内外研究应用现状PMU核心技术问题PMU标准及测试评估主站支撑系统核心技术问题广域同步相量测量技术应用状态估计中的应用低频振荡识别及阻尼控制中的应用在保护控制中的应用,广域同步相量测量技术的发展历史,1988年前后，美国Virginia University 的A.G Phadke为代表学者提出同步相量测量算法，并开发了最早的同步相量测量装置。,广域同步相量测量技术的发展历史,V.T与美国Microdyne 合作开发了第一台

3、工业用PMU,MODEL 1690。,广域同步相量测量技术的发展历史,BPA采用MODEL 1690，组建了最早的WAMS。,Kenneth Martin,广域同步相量测量技术的发展历史,1996年美国电网事故，通过WAMS的测量结果修正了仿真计算模型，使WAMS的重要性得到普遍认可。2003年美国“8.14大停电”，事后推动了WAMS应用技术研究和系统建设，并成立了EIPP，后发展为NASPI。我国全国联网实施后区间低频振荡问题极大地推动了WAMS的研究与应用。,广域同步相量测量技术在中国的发展（2000年以前）,1993,GPS进入中国电力系统,1994,1995,清华大学华北电力大学河海

4、大学,1996,1997,1998,相量测量算法,ADX3000引入中国,ADX3000南方电网,ADX3000华东电网,黑龙江试验系统,1999,2000,WAMS应用理论研究,WAMS,引进台湾欧华的ADX3000,黑龙江东部电网PMU系统,广域同步测量技术在中国的发展历史（2000年以后）,2001,2002,2003,2004,ADX3000福建,ADX3000四川,CSS-200江苏,CSS-200国调,CSS-200华北,东北WAMS,华东WAMAP,规范（试行）,东北大扰动试验,CSS-200广东,CSS-200南方,CSS-200贵州,CSS-200云南,规范（第一修改）,河南

5、WAMS,广域同步相量测量技术研究的历史,1993,1994,1995,1996,1997,1998,1999,2000,国外WAMS研究,国内WAMS研究,7月和8月美国停电事故,广域同步相量测量技术研究的历史,2001,2002,2003,2004,国外WAMS研究,国内WAMS研究,美国8.14事故,2005,2006,2007,2008,中国10.29振荡7.1事故,中国11.07振荡,提 纲,广域同步相量测量技术广域同步相量测量技术发展简史国内外研究应用现状PMU核心技术问题PMU标准及测试评估主站支撑系统核心技术问题广域同步相量测量技术应用状态估计中的应用低频振荡识别及阻尼控制中的

6、应用在保护控制中的应用,PMU世界应用现状,巴西,俄罗斯,中国,中欧,北美,墨西哥,印度,北欧,巴 西,2000年起，巴西装设37个PMU。关注：不同制造商生产PMU的行为正确性与一致性。试验示范工程：1）DampMon:低频振荡监测与告警2）StressMon：基于功角差的负荷水平监测3）SyncAssist:孤岛的同期检测4）LoopAssist:断路器合闸检测,37 substations,Rui Menezes de MoraesHctor Andrs Rodriguez Volskis,中 国,2003,2003,2002,2004,2005,2003,2005,2006,2006,

7、2007,2007,2006,2006,2007,2006,2006,除西藏外，各省都建成WAMS主站,PMU,2006,2006,2007,2007,2004,2007,2007,2007,2007,已投运2000台左右PMU,中国WAMS技术的现状概述,2003年编制电力系统实时动态监测系统技术规范2005年修订电力系统实时动态监测系统技术规范2006年成立“WAMS/GPS”特别工作组，扩展标准2011年底发布同步相量测量装置动态标准2005年10.29 和 2006年7.1事故加速了中国电网建设WAMS的步伐；中国所有的500kV变电站、部分220kV厂站、100MW以上发电机均装设了

8、PMU。除西藏外，全部网省调度中心建设WAMS主站。中国的PMU规模世界第一。中国的WAMS以动态监测和事后分析为主，应用和管理水平正在逐步提高。当前，广域阻尼控制、广域保护控制等已成为研究热点。,实时动态曲线监视,扰动识别与事故后分析,低频振荡检测、可视化及广域阻尼控制技术,机组、负荷与线路参数识别,机组次同步振荡辨识,同步相量测量技术,电压不稳定辨识,计及PMU信息的状态估计,基于广域信息的保护技术,中国WAMS应用情况,系统在线稳定评估与控制,我国WAMS系统研究无论是从广度还是从深度上都处于世界先进水平！,印 度,WAMS技术是智能电网(Intelligent Grid)的重要组成部分

9、第一阶段：安装23台PMU，主要实现离线仿真模型校核第二阶段：满足一定可观性的最优PMU布点，主要实现低频振荡识别第三阶段：紧急控制、自适应解列与自愈式恢复控制,R.N.Nayak,Y.K.Sehgal,and Subir Sen,欧洲大陆,欧洲大陆已安装了40多台PMU。法国：实时相角差监视，当超过预设值时，断开联络线瑞士：线路热稳定极限监视意大利数据中心：实时相角差监视；低频振荡识别；电压稳定监视(在线PV曲线),Walter Sattinger,墨西哥,90年代开始应用PMU，已安装了15台已实现：系统动态过程监视；低频振荡识别与可视化；监视扰动时保护动作行为将实现：实时稳定性分析；振荡

10、的三维分析及距离继电器动态行为分析,Enrique Martinez,北 欧,北欧4国均已装设PMU，合计20台左右，但应用发展进程不同。已实现：系统动态过程监视；低频振荡及次同步振荡识别；将实现：PMU数据与SCADA数据、录波数据整合在一起；HVDC或SVC闭环控制以抑制低频振荡；线路热稳定极限；稳定性分析；无线PMU监视风电场动态行为。,Olof Samuelsson,北 美,1988年研究，92年开始应用，已安装250台左右PMU，应用研究很活跃。96年大停电促进了WECC网络PMU的安装2003年大停电启动了东部电网EIPP项目2007年合并为NASPI项目奥巴马智能电网经济刺激计划

11、中新投入850个PMU,A.Phadke,Damir Novosel,Vahid Madani and Henry Huang,RELIABILITY COORDINATORS,RESEARCHERS,PLANNERS,OPERATORS,Automatic alarmingOut of step protectionShort/long-term stability control FACTS feedback ctrl,Situational awareness dashboardReal time compliance monitoringFrequency Instability De

12、tection/Islanding,Post-mortem analysisModel validationPhasor network performance monitoring&data qualityEmail notificationsTest new real-time applications,Real time performance monitoring Real time alerts and alarms Event detection,disturbance location,Suggest preventive actionInterconnection state

13、estimationDynamic ratings,Phasor Applications,Credit to Terry Bilke(MISO),Real-time Task Team Lead,俄罗斯,2005年开始装设PMU，已有26台，覆盖8个时区的电网已有应用：系统动态行为监视和分析；电力系统模型校核研究中：在线动态安全评估未来目标：低频振荡监控；系统实时控制。,提 纲,广域同步相量测量技术广域同步相量测量技术发展简史国内外研究应用现状PMU核心技术问题PMU标准及测试评估主站支撑系统核心技术问题广域同步相量测量技术应用状态估计中的应用低频振荡识别及阻尼控制中的应用在保护控制中的应用

14、,PMU的基本技术要求,同步测量，同步对时误差不超过1s.相量测量，幅度误差0.2，角度误差不超过0.2度频率测量，4555Hz，误差不超过0.005Hz动态记录，连续记录，14天容量，最快100Hz。自动守时，GPS失锁60分钟，误差增大不超过55s实时通信,按照标准协议传送动态数据:25Hz,50Hz,100Hz发电机内电势直接测量功能,PMU的组成,GPS授时单元,数据集中处理单元,GPS天线,远方主站,本地调试笔记本,100M光以太网交换机,机组键相信号,三相电压三相电流开入信号机组辅助信号,同步相量采集单元,内电势测量装置,本地工作站,同步相量采集单元,3种插件灵活组合（16位AD，

15、4800Hz）6U6I：适合500kV出线和机组9I：适合220kV出线8DC：适合发电机辅助信号一个装置最多测量36路模拟量具有光/电100M以太网接口,机组辅助信号（420mA)：励磁电流、励磁电压、汽门开度、导叶开度、PSS输出、AGC负荷指令等。1台1A装置可以接入2台机组的全部信号。,时间同步装置,可接收GPS、北斗、IRIG-B(DC)码等多种外部时间基准信号可输出对时脉冲、IRIG-B(DC)码、串行口时间报文、网络时间报文（SNTP）等多种时间同步信号。支持光纤、空接点、TTL、RS-422/485、RS-232、以太网等多种时间同步信号接口内置高精度晶振，在外部时间基准信号异

16、常的情况下，可以自行维持时间同步信号输出级联扩展DC/AC 110/220V19英寸2U机箱,数据集中处理单元（PDC),功能数据集中、数据传输、数据记录实时数据显示、装置运行状态监视界面可靠性设计特殊定制的电源，抗电磁干扰无风扇，低功耗电子盘笔记本抗震硬盘双冗余互备工作方式，单机异常不影响数据记录,数据集中处理单元4个100M以太网接口键盘、鼠标、显示器接口DC110/220V,AC220V19英寸1U机箱实时多任务操作系统,内电势测量装置,GPS接口,+20V,-20V,3V,电/光以太网接口,功角输出,机端电压,4-20mA输出,工作电源,PMU主要技术问题1-同步采集,GPS为全球卫星

17、定位系统，它利用24颗地球卫星向全球广播精确的信号用于定位和定时。PPS是GPS发出的秒脉冲信号，相邻PPS的间隔为1秒。PPS的基本误差不超过0.2微秒。（北斗对时系统）,PMU主要技术问题1-同步采集,利用GPS信号实现同步测量,PMU主要技术问题1-同步采集,同步测量的意义使异地信号可以在相同的时间坐标下比较50Hz信号时间误差增加1s，相位误差增加0.018度，时间误差增加1ms，相位误差增加18度,1us,20ms,360度,0.018度,同步相量测量的基本实现方式,根据PPS信号，锁定采样脉冲保证采样脉冲与PPS同步每个采样脉冲的时间误差不超过1s不断修正采样间隔，保持采样脉冲长期

18、稳定。以10k采样率为例,0ms1s，0.1ms1s，0.2ms1s，0.3ms1s1000ms1s.,sin和cos曲线,t,输入信号,t,DFT算法,PMU主要技术问题2-相量计算,DFT算法受频率偏移的影响,输入信号可表示为：,第 k个采样点写作：,从第r个采样点开始计算相量的公式,因为：,计算相量可进一步写作,DFT算法受频率偏移的影响,令：,则计算相量如下式所示，其中X为相量真值。,DFT算法受频率偏移的影响,示意图,DFT算法受频率偏移的影响,计算相量的幅值等于相量实际幅值缩小了P倍，同时叠加一个二次谐波脉动。计算相量的相角以t 的速率缓慢增加，同时也叠加了一个二次谐波脉动。,DF

19、T算法受频率偏移的影响,随频率变化，P函数的幅值和相位变化曲线如左图所示。,随频率变化，Q函数幅值和相位变化曲线如左图所示。,DFT算法受频率偏移的影响,例子一个正弦信号频率为 60.5 Hz，采样率为 1440 Hz(24x60)。取200 个采样点，其中前25个采样点如右表所示。则计算相量为：,DFT算法受频率偏移的影响,P=0.99991.44,Q=0.004213.56,DFT算法受频率偏移的影响,频率偏离50Hz后的校正处理,错误的相量,频率=50Hz,电压幅值,错误的相量,频率,功率,错误的相量,频率1,频率2,振荡造成DFT频谱泄漏,传统DFT算法：,假设时间窗内信号是稳态的,稳

20、态输入信号：,相量因子,振荡造成DFT频谱泄漏,相量因子通相,振荡造成DFT频谱泄漏,调制信号下（以幅值调制为例）,时间窗内信号参数变化,振荡造成DFT频谱泄漏,振荡造成DFT频谱泄漏,振荡造成DFT频谱泄漏,现有DFT采用静态相量模型，动态条件下产生误差,现有DFT采用静态相量模型，动态条件下产生误差,现有DFT采用静态相量模型，动态条件下产生误差,现有DFT采用静态相量模型，动态条件下产生误差,现有DFT采用静态相量模型，动态条件下产生误差,相量计算需要短数据窗算法,故障中瞬时信号的突变故障过程中的相量不可信,提 纲,广域同步相量测量技术广域同步相量测量技术发展简史国内外研究应用现状PMU

21、核心技术问题PMU标准及测试评估主站支撑系统核心技术问题广域同步相量测量技术应用状态估计中的应用低频振荡识别及阻尼控制中的应用在保护控制中的应用,PMU标准,PMU标准,国际：IEEE C37.118,国内：PMU通用技术条件,信号偏离额定频率5HZ内，TVE在1%以内。,幅值：在额定频率时基波电压、电流相量幅值测量误差极限：0.2%，基波频率偏离额定值1Hz时，要求幅值测量误差改变量小于额定频率时测量误差极限值的50%，基波频率偏离额定值3Hz时，要求幅值测量误差改变量小于额定频率时测量误差极限值的100%。相角：在额定频率时基波电压、电流相量相角相角误差极限为0.2。基波频率偏离额定值1H

22、z时，相角测量误差改变量小于等于0.5；基波频率偏离额定值3Hz时，相角测量误差改变量小于等于1。频率：在45Hz55Hz范围内，频率测量误差不大于0.005Hz。,并对同步相量的定义、同步时钟的选择、时标定义和数据传输格式等基本内容做出了规定。,模式P要求在动态情况下PMU的有最好的量测精度。此时能否快速跟踪电力系统动态响应是最重要的，相应的对于干扰信号并无额外的要求。,ClassP,模式M为相对于更普遍的测量信号所提出的精度要求，包括带外频率抑制，但是由于滤波器延时效果，无法快速的跟踪系统的动态变化。,ClassM,IEEE与IEC动态标准草案,在阶跃信号先关注PMU响应时间及TVE。仍是

23、响应时间并没有最后确定。,C.Step input tests for PMU（阶跃测试）,在稳态下测试频率及频率变化率。在以上动态信号下测试频率及频率变化率，并关注响应时间。同样响应时间的确定存在争议。,D.Frequency and Rate of Change of Frequency tests for PMU（频率及频率变化率测试）,当信号频率以一定的速率变化时，测试PMU的响应时间及TVE。现在对于无需多次改变频率变化速率重复测试已达成共识，响应时间的确定仍有待商议。,B.Frequency Ramp tests for PMU（频率斜坡测试）,在幅值调制及相角调制信号下，关注TV

24、E。目前对于幅值及相角调制是否需同时测试仍存在争议。,A.Modulation tests for PMU（调制测试）,IEEE与IEC动态标准草案,A.Modulation tests for PMU（调制测试）,B.Frequency Ramp tests for PMU（频率斜坡测试）,C.Step input tests for PMU（阶跃测试）,D.Frequency and Rate of Change of Frequency tests for PMU（频率及频率变化率测试）,PMU实验室测试,PMU测试,稳态测试,动态测试,测试项目,参数设置,测试项目,参数设置,幅值测试,

25、Text in here,从0.1到1.2倍的额定值，以0.1步进,调制测试,相角测试,从10到360，以10步进,频率测试,从45HZ到55HZ，以0.2HZ步进,调制频率从0.1HZ到Fs/10,斜坡测试,频率变化率 1.0 Hz/Sec,阶跃测试,幅值、相角各两种阶跃幅值,频率及频率变化率测试,参考信号与斜坡、阶跃测试相同,提 纲,广域同步相量测量技术广域同步相量测量技术发展简史国内外研究应用现状PMU核心技术问题PMU标准及测试评估主站支撑系统核心技术问题广域同步相量测量技术应用状态估计中的应用低频振荡识别及阻尼控制中的应用在保护控制中的应用,主站体系结构,前置机,实时服务器,历史数据

26、服务器,分析/维护/图形工作站,WEB服务器,高级应用服务器,互联网关,WAMS主站,调度大厅,服务器系统,基本系统功能,PMU1,PMU2,PMU3,PMU4,PMUn,WAMS,服务器网络管理,子站通信管理,实时数据服务,实时监视,低频振荡检测,历史数据存储,历史数据重演,人机交互（状态显示、报警等）,同步相量计算,数据记录,扰动触发,WEB发布,调度数据网,事件消息显示,电网扰动识别,GPS,发电机运行裕度监视,WAMS主站实时数据流,通信前置服务器,历史数据服务器,WEB服务器,工作站,隔离装置,高级应用服务器,互联网关,实时数据库,前置通信技术,功能：接收PMU子站实数据；向PMU子

27、站发送管理指令；召唤PMU子站的记录数据。依据Q电力系统实时动态监测系统技术规范（第一次修订）2005.7GB电力系统实时动态监测系统，第2部分：数据传输协议2008.6,WAMS通信帧类型,数据帧:PMU 主站配置帧 CFG1:PMU 主站配置帧 CFG2:PMU 主站命令帧:PMU 主站头帧：PMU 主站,数 据 帧,方向：由PMU根据CFG2产生，发送到主站作用：承载实时数据内容：数据时标、数据质量、相量、频率和功率传送周期：10ms，带宽占用200500kbps,SYN,FRAMSIZE,SOC,FRACSEC,STAT,PHASORS,FREQ,DFREQ,ANALOG,DIGITA

28、L,CHK,配 置 帧,CFG1由PMU产生，表明PMU可以传输的最大数据集合；PMU根据CFG1生成就地连续动态数据记录；根据主站召唤，从PMU传送到主站。格式（内容）：各相量数据的名称和转换系数，各模拟量的名称和转换系数。1个PMU只有1个CFG1.,华北WAMS通信命名规则,2006年编制实施规定配置帧的具体内容：每个元件的正序和三相电压电流相量每个元件的频率、频率变化率、有功和无功发电机内电势、功角格式（共16字节）“站名4-元件名7-类型3”,举例辛安开关站辛蔺线A线电压相量0XAk-000辛蔺-UAV崂山变2主变500kV侧正序电压相量0LSb-2#变500-U1V聊城变辛聊1线有

29、功0LCb-辛聊1线-00P,配置帧CFG2,主站根据CFG1产生，下发给PMU；规定PMU实际传输的数据集合和传输速度；PMU根据CFG2生成数据帧发送给主站；可根据主站召唤，从PMU传送到主站。格式与CFG1一致。1个PMU可以有多个CFG2，分别对应不同的主站,命 令 帧,传递主站和子站之间的指令及其确认信息常用指令包括：主站 PMU：开始发送数据，停止发送数据，上传CFG1，接收CFG2，上传CFG2，触发记录PMU 主站：确认命令,WAMS数据通信建立过程,主站,PMU,建立管理管道,“开启实时数据传输”,建立数据流管道,发起连接,接受连接请求,接收CFG2,接收命令,下发CFG2,

30、发送命令,发起连接,接受连接,CFG2帧,接收数据,.,按照CFG2的要求,发送实时数据,WAMS主站互联技术,网络组织方式,互联网关-实时数据流,实时数据库,互联数据前置模块,PMU数据前置模块,互联数据服务,本地数据应用实时曲线低频振荡检测,历史数据入库,其他WAMS主站,互联网关-离线数据流,使用离线数据服务代理，端口透明转发,互联网关-设备,互联网关-技术指标,通信协议参考电力系统实时动态监测系统技术规范（试行）数据刷新间隔20ms,传送相量200个通信整体延迟小于100ms,实时数据库技术,实时数据库：以时标为索引组织数据数据时间间隔10ms缓存若干分钟数据，过期数据放入历史数据库,

31、EMS的数据库(2D),WAMS的数据库(3D),带时标的实时数据库,时 标,PMU数据,PMU1,PMU2,PMU3,PMU4,PMU5,PMU6,16:22:50.200,16:22:50.300,16:22:50.400,16:22:50.500,数据正常,坏数据,数据未到达,实时数据库浏览工具,WAMS海量数据存储和提取,密度(Hz),1分钟,1小时,1天,数据点,1,50,12K,720K,17.3M,100,50,1.2M,72M,1.73G,5000,50,60M,3.6G,86.4G,1万,50,120M,7.2G,173G,1秒,200B,20K,1M,2M,1月,519M,

32、51.9G,26T,52T,1万,100,240M,14.4G,346G,4M,104T,2万,100,480M,28.8G,692G,8M,204T,WAMS数据的存储要求,因低频振荡等动态过程持续时间可超过十分钟，WAMS主站应具备连续存储能力。为了正确复现振荡、短路、切机、断线等扰动事故，WAMS主站的数据保存密度不应低于50Hz。数据保存操作的耗时不能超过数据刷新周期。数据提取的时间不应超过5s。,WAMS数据存储技术,压缩方式：有损压缩（PI系统）、无损压缩存储方式具备索引功能的专用文件系统（UNIX操作系统）容量管理策略循环删除过期数据有事件标示的数据永久保存，需人工干预删除性能测

33、试结果华中系统：50Hz存储密度，1.7万个测点；稳态无损压缩比低于15%（压缩后容量/压缩前容量）单数据点1小时数据，查询到完成曲线绘制2秒,WAMS海量数据存储技术,WAMS海量数据压缩存储技术，实现高速连续高密度无损保存，数据读取速度不超过2s。将在智能调度支撑系统中采用。,提 纲,广域同步相量测量技术广域同步相量测量技术发展简史国内外研究应用现状PMU核心技术问题PMU标准及测试评估主站支撑系统核心技术问题广域同步相量测量技术应用动态监视与可视化状态估计中的应用低频振荡识别及阻尼控制中的应用在保护控制中的应用,动态监测和可视化,WAMS对动态监测的基本技术要求WAMS是对电网动态过程的

34、精确反应应具备动态轨迹监测功能应可以方便调整监测尺度轨迹数据间隔不能超过100ms动态异常过程持续时间较长应可显示长时间的动态过程低频振荡事故一般涉及范围广泛应以电网分布图为基础，全景表现动态过程WAMS具有相角信息应可方便变更参考角度应可根据预定规则自动变更无效参考角度长期CPU占用率不能超过30,动态曲线监视,实时连续展示、历史追忆和故障分析合一多场景定制，一键切换,相对相角分布，弹出式动态曲线,发电机组PQ运行裕度图,潮流分布图,告警自动推图,区域频率比较,时间轴(分:秒）,图例,监测点,相对相角监视,图例,参考点,观察点,观察点的曲线,相量图监视,选择监视点,输电路径相对角度监视,图例

35、:角度/限值,相对角度/限值,渲染后的相角分布图,提 纲,广域同步相量测量技术广域同步相量测量技术发展简史国内外研究应用现状PMU核心技术问题PMU标准及测试评估主站支撑系统核心技术问题广域同步相量测量技术应用动态监视与可视化状态估计中的应用低频振荡识别及阻尼控制中的应用在保护控制中的应用,在线质量评估,在实际运行环境中，互感器的传变精度、电磁干扰、线路传输及信号偏离额定值都会引起PMU的测量误差，造成PMU测得相量幅值、频率更大幅度的波动，可能出现坏数据。,需要在线一致性评估,电压误差指标,求1秒内电压量测的最大值和最小值之差，然后对某时间段内上述秒内差值取平均。,频率误差指标,电压频率误差

36、指标,求一时间段内各秒的电压误差相对于此时间段内频率误差最小时的电压误差标准差。,求1秒内频率量测的最大值和最小值之差，然后对某时间段内上述秒内频率最大最小值差取平均。,线性状态估计,最小二乘方法,线性状态估计,例子,线性状态估计,加权最小二乘方法,混合非线性状态估计,m维量测量z与n维状态量x之间的量测方程为：目标函数：状态估计的迭代修正公式：其中，HTR-1H称为nn维信息（增益）矩阵，其逆阵对角元通常可以用来衡量状态估计的精度。,把SCADA量测转化为PMU相量伪量测补足线性可观性实现线性状态估计,变换,在混合状态估计领域，一直有两大类方法,把PMU量测转化为SCADA伪量测或PMU节点

37、电压伪量测，增加SCADA量测冗余度实现非线性状态估计,保留,保留,变换,PMU，线性量测，有限,SCADA，非线性量测，丰富,混合非线性状态估计,直接利用PMU的节点电压相量量测，与经过必要坐标转换的PMU支路电流相量量测，以及原SCADA的传统量测一起进行混合非线性迭代计算,新方法的提出,保留,保留,PMU，线性量测，有限,SCADA，非线性量测，丰富,混合非线性状态估计,节点电压相量量测支路电流相量量测,混合非线性状态估计,引入PMU节点电压和支路电流相量的混合量测状态估计模型如下所示：,SCADA,PMU U,PMU I,混合非线性状态估计,PMU支路电流相量量测（IijIij）转换为

38、直角坐标系下的实、虚部公式为：按照误差传递公式，间接量测误差方差为：求得间接量测的误差2Iij,r，2Iij,i，形成支路电流量测的方差阵RI。,混合非线性状态估计,坐标转换将使得PMU的量测误差在一定程度上放大因此，在引入PMU的节点电压相量量测时，就直接按极坐标原始形式引入，得到RU。得到混合量测方差阵,混合非线性状态估计,计算各种量测的雅可比阵与残差,形成混合量测的雅可比阵与混合残差向量,形成混合量测方差阵,坐标转换,混合非线性状态估计,定义滤波系数为：定义模拟量测的估计误差统计总方差为：,混合非线性状态估计,取用不同量测量的混合状态估计比较,混合非线性状态估计,不同PMU个数时取用不同

39、量测量的混合状态估计快速解耦比较,混合非线性状态估计,混合非线性状态估计,26个PMU布点情况下,取用不同量测量的混合状态估计比较,混合非线性状态估计,不同PMU个数时取用不同量测量的混合状态估计比较,混合非线性状态估计,基于WAMS的电力系统机电暂态过程中的分布式动态状态估计方法。,技术难点网络的功率平衡约束被打破网络拓扑发生改变且很难实时获得母线电压的幅值和相角可以突变，不易预测。,高斯最小二乘法估计,Kalman滤波:从混有噪声（干扰）的信号中滤除噪声、提取有用信号。,提 纲,广域同步相量测量技术广域同步相量测量技术发展简史国内外研究应用现状PMU核心技术问题PMU标准及测试评估主站支撑

40、系统核心技术问题广域同步相量测量技术应用动态监视与可视化状态估计中的应用低频振荡识别及阻尼控制中的应用在保护控制中的应用,信号振荡模式检测方法,FFT方法把信号分解为若干频率的周期信号的组合PRONY方法把信号分解为若干频率的带指数衰减的周期信号的组合,Prony和FFT低频振荡检测遇到的困难,Prony、FFT对滤波都有较高要求，好的滤波算法往往非常耗时即使经过滤波，泄漏和叠混现象也导致Prony、FFT存在频谱分析结果误差较大的问题Prony分析的速度还难以达到在大规模系统中应用的实时性要求电力系统的动态过程信号具有较强的非线性和非平稳性（频率不恒定），而FFT分析和prony分析基于线性

41、、平稳信号假设因此，有时人能直观看出的振荡模式，却不一定能用FFT或Prony分析出,对振荡的认识,电网的振荡时刻都在发生，只有少数几次振荡被激发出来并造成大幅度功频波动，引起运行单位的重视，绝大多数振荡都由于阻尼较大，被快速衰减，没有引起调度员注意。在特定的运行方式下，这些振荡会由于阻尼变弱演变成严重的振荡事件。运行方式人员从中获知电网经常发生的振荡频率、阻尼特性及其相关机组，及早了解当前电网存在的主要振荡问题，合理安排运行方式、调整控制系统参数，并提前制定校正控制预案。低频振荡表现为有功功率的反复交换，必然是部分区域发出有功，部分区域吸收有功，发送和接收区域之间是交换断面。,系统模态模式辨

42、识技术（ModeMeter）,利用稳态信号，连续辨识电力系统的特征值（模式）及其相关机组（模态）的辨识，预警系统弱阻尼模式,短时振荡统计和评估,连续统计短时小幅度振荡预警系统最易被激发的振荡模式已经发现多起机组控制系统引发的振荡现象,短时振荡统计和评估,连续统计分析小干扰引发的短期振荡可提前发现电网的薄弱点,顺义,安定,万全,丰泉,0.44-0.46Hz,永圣,候村,石北,晋中,0.56-0.58Hz,辛安,聊城,0.31Hz,通州,2006年12月12日万顺双回线小干扰振荡,2007年1月19日蒙西小干扰振荡,2007年1月29日辛聊线振荡,小干扰振荡模式评估的预警作用,对某电网经过3个月在

43、线评估发现三种常见振荡A:0.3Hz，发生频度 1.5%B:0.7Hz，发生频度6.5%C:1.1Hz,发生频度82.0%最近3个月，上述三种模式均出现长期振荡事件，且其振荡断面和各节点参与关系与小干扰评估一致。调度员可据此提前对相应振荡模式制定预防控制措施。,0.3Hz,0.7Hz,1.18Hz,振荡统计实例（12.1-12.22）,获嘉嵩获线0.80Hz,斗笠龙斗线0.39Hz,辛聊线0.31Hz,斗笠斗江线0.53Hz,大规模低频振荡检测、分群和可视化,148,高效率辨识低频振荡主导振荡频率、幅值、相位厂站频率、电厂功率、站负荷功率振荡相位分群技术,低频振荡实例（1）,2006年08月2

44、9日，云南电网低频振荡,低频振荡实例（2）,2007年02月26日，广西电网低频振荡,3月16日17:40山东振荡,2005.10.29 振荡分群实例,低频振荡分析实例-参与因子分布/振荡断面,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,17,18,19,20,21,2006-8-29日00:04:35南网振荡频率,大理,大朝山等云南厂站,高坡换等贵广厂站,振荡频率为0.63HZ,2006-8-29日南网振荡功率,罗马线，振荡功率：257MW,罗百线，振荡功率：194MW,大厂线，振荡功率：575MW,南方电网8.29振荡分群,天生桥,振荡功率：451MW,大理,贵

45、州,广西,广东及香港,厂口,三峡,草铺,曲靖,宝峰,玉溪,雷江,红河,七甸,罗平,大朝山,慢湾,宣威七期,滇东电厂,百色,高坡换,河池,沙塘,振荡功率：575MW,大规模低频振荡检测、分群和可视化,二维渲染实时展示系统参与振荡的机组、负荷节点的相位展示输电线振荡功率波动幅度，展示启振厂站和振荡中心提供调度员快速了解低频振荡影响范围,基于广域信息的跨区电网阻尼控制系统,选择PMU测量点、选择HVDC和机组控制点、最优控制器设计2M专用网络通信、远方连续调制控制2009年10月10日，南网HVDC阻尼控制系统投入闭环运行,关键技术,低频振荡的在线辨识问题低频振荡的自适应控制方法多控制器参数协调优化

46、算法针对多区间振荡模式的多直流协调控制策略电力系统广域闭环控制中通道延时处理，及其引起高频振荡基于广域信息的闭环连续控制系统在国际上尚无先例,提 纲,广域同步相量测量技术广域同步相量测量技术发展简史国内外研究应用现状PMU核心技术问题PMU标准及测试评估主站支撑系统核心技术问题广域同步相量测量技术应用动态监视与可视化状态估计中的应用低频振荡识别及阻尼控制中的应用在保护控制中的应用,现有继电保护现状,基于PMU的后备保护,保护重要度评估,也可以综合应用3种方法,保护重要度评估基于风险与保护动作事件树的方法,基于PMU的后备保护,技术难点：风险指标的定义 借助于大规模并行计算,保护重要度评估基于电

47、网生存性的关键线路识别,基于PMU的后备保护,生存性：是指一个系统抵 御外部攻击和内部故障，尽可能恢复和维持自身完 成预定任务的能力 骨干网架：维持主网安全 稳定运行和主要用户持续 供电所需的最少系统资源 这些资源在骨干网架中以 效率最高的方式进行配置,在线自适应整定跟踪系统运行方式，可缓解整定的压力，并改善当前运行方式下的保护效果方法已知网络拓扑及参数情况下，做在线故障计算与定值计算要求已知信息多，相对计算量大应用PMU信息，在线辨识线路阻抗及系统等值阻抗不需要获取系统具体信息，可适应线路参数变化的情况简化故障计算技术难点：参数辨识技术,基于PMU的后备保护,广域电流差动在线自适应整定不能从

48、根本解决后备保护存在的问题,基于PMU的后备保护,优点原理简单，动作速度快，在潮流转移情况下可靠不动作问题不利于快速识别潮流转移，并采取后续措施技术难点差动域的确定，信息缺失情况通信系统结构设计,潮流转移识别主要用于区分潮流转移与内部故障，若内部故障，则保护动作，若潮流转移，在线路热稳定极限前不动作，辅以快速切机切负荷措施与常规后备保护配合使用技术难点单支路计及暂态过程的潮流转移因子计算多支路切除情况下潮流转移因子计算,基于PMU的后备保护,基于PMU的后备保护,2023/2/7,故障前潮流分布情况,故障后潮流分布情况,基于PMU的后备保护,2023/2/7,智能切机切负荷,基于网络相关度系数的快速切机、切负荷控制策略,网络相关度系数矩阵 网络的节点电压方程 IN=YNVN 支路电流IB与节点电压的之间关系 IB=YATVN 支路电流与节点注入电流之间的关系支路电流与节点注入电流之间为线性关系，将支路电流与节点注入电流间的线性系数矩阵称作网络相关度系数矩阵，记为C()，以ij表示矩阵中的元素,计及节点注入电流的等值网络,智能切机切负荷,基于最优化方法的快速切机、切负荷控制策略,线路L9上的电流变化曲线,自适应失步保护,基于PMU轨迹信息实现失步判别和失步预测失步解列位置多目标优化问题,历史信息,直线 y=a+bt 对发电机相对功角曲线进行拟合未来走势信息,