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1、2004-12-14,1,PAC-2000电力系统相量测量装置产品介绍,PAC-2000电力系统同步相量测量装置,同步相量测量技术CEPRI 相量测量的研究历程装置简介装置性能特征装置主要功能,同步相量测量技术,术语和定义(1),同步相量 synchrophasor：以标准时间信号作为采样过程的基准，通过对采样数据计算而得的相量称为同步相量。因而，各个节点的相量之间存在着确定统一的相位关系。相量测量装置 phasor measurement unit(PMU)：用于进行同步相量的测量和输出以及进行动态记录的装置。,术语和定义(2),电力系统实时动态监测系统 real time power sy
2、stem dynamic monitoring system：基于同步相量测量以及现代通信技术，对地域广阔的电力系统动态过程进行监测和分析的系统。主站 main station：安装在电力系统调度中心，用于接收、管理、存储、分析、告警、决策和转发动态数据的计算机系统。子站 substation：安装在同一发电厂或变电站的相量测量装置和数据集中器的集合。子站可以是单台相量测量装置，也可以由多台相量测量装置和数据集中器构成。,同步相量的表示,Xm,Xm,t=0(1 PPS),signalx(t),-90,0,t=0(1 PPS),同步相量测量,同步采样脉冲,GPS,O,电网节点1,电网节点2,电网
3、调度中心,同步采样脉冲,O,O,电力系统实时动态监测系统的组成,电力系统实时动态监测系统的拓扑结构,华北电网,东北电网,子站A1,子站A2,子站A3,子站B1,子站B2,东北主站,华北主站,国调主站,相量测量装置的主要特点和技术关键(1),同步性：相量测量装置应能利用同步时钟（如GPS）的秒脉冲信号同步装置的采样脉冲，采样脉冲的同步误差应不大于1s。实时性：相量测量装置在高速通信系统的支撑下，能实时地将各种数据传送至多个主站，并能实时接收各主站的命令。高速度：相量测量装置必须具有高速的内部数据总线和对外通信接口，以满足大流量实时数据的运算、存贮和对外发送。,相量测量装置的主要特点和技术关键(2
4、),高精度：相量测量装置必须具有足够高的测量精度，一般A/D需在16位及以上，装置测量环节产生的信号相位误差和幅值误差要进行补偿。高可靠性：相量测量装置必须具备很高的可靠性，以满足未来的动态监控系统的可靠性要求。可靠性体现在两方面，一是装置运行的稳定性和可靠性；二是记录数据的安全可靠性。大容量：相量测量装置必须具备足够大的存贮容量，以保证能长期记录和保存实时记录数据和暂态录波数据。,CEPRI 相量测量的研究历程,组建国内第一套实时动态监测系统,1995年，中国电科院在南方电网组建我国第一套投入商业运行的实时功角监测系统。,中国电科院的PMU研究之路,1998年，开始构建华东电网实时功角监测系
5、统2001年，开始构建福建电网实时功角监测系统,第一次在动态监测系统中直接测量发电机内电势,2002年，中国电科院研制的GJ-205型发电机内电势测量仪在华东电网动态监测系统的徐州子站投入运行。,组建了我国第一个大型混合相量测量系统,2003年，在东北电网组建了我国第一个采用不同厂家、不同型号的PMU装置混合构成的统一、开放、兼容的新一代电力系统实时动态监测系统。,主站：包含2个厂家产品子站：包含3个厂家产品,参与制订我国第一部同步相量测量技术规范,2002年，中国电科院作为主要起草单位，参加了由国调中心组织的电力系统实时动态监测系统技术规范 试行稿的制订。2004年底，参与完成了电力系统实时
6、动态监测系统技术规范修订稿的编写工作。,CEPRI 在相量测量领域的推广应用成效,1995年至2005年，经历了十余年的探索、研究和推广应用：组建了 7 个电力系统实时动态监测系统；建立了 7 个主站；建立了 46 个子站；有 62 台PMU装置在系统中运行。,中国电科院PMU在电网中的分布,新疆,西藏,东北,华北,西北,华中,华东,南方,华东电网 2个主站 20个子站 28台PMU,国调系统 1个主站 2个子站 2台PMU,华中电网 1个主站 8个子站 15台PMU,南方电网 1个主站 11个子站 12台PMU,东北电网 1个主站 1个子站 1台PMU,西北电网 1个主站 4个子站 4台PM
7、U,新一代PMU装置研制成功,2004年初，中国电科院研制的新一代PMU装置PAC-2000电力系统相量测量装置在东北电网投入运行。,新一代PMU装置的推广应用,2004年底，在华东电网中标的7个子站共13台PAC-2000装置顺利通过华东电网组织的工厂验收。目前所有屏柜已运抵现场，部分具备条件的厂站已安装投运。2005年2月，PAC-2000装置在500kV徐州三堡变电站投入运行，成为国调中心实时动态监测系统的一个新子站。与华东电网的合作开发项目发电机动态安全监控系统目前正在研发中。这是业界首次将PMU应用到发电厂就地监控中。,PAC-2000在华东接受测试,2004年1月，中国电科院研制的
8、PAC-2000同步相量测量装置，受邀请参加了华东公司组织的PMU功能和性能测试，装置的多项性能指标在参试厂家中名列前茅,中国电科院的PMU研究之路,2005年底自主研发完成PAC-2000分布式相量测量装置,中国电科院的PMU研究之路,2006年底以PI数据库为数据平台重庆电网WAMS系统中标,CEPRI 在相量测量领域的优势,拥有一支稳定的科研队伍具有十年的功角测量技术研究和工程实施经验具有大型、混合相量测量系统的系统集成和系统调试经验电力系统实时动态监测系统技术规范 的主要制定者,CEPRI 在相量测量领域的优势,具有高级应用软件的开发实力中国电力系统分析的权威机构中国版BPA程序的开发
9、者PSASP程序的开发者超实时仿真技术的研发者国内先进EMS系统的开发者电力系统稳定控制技术的后起之秀,福-双线功率振荡问题研究,福建与华东电网联网后，联络线出现功率振荡问题，福建电网开展了多次系统试验，在华东电网PMU实测数据的基础上，深入分析计算研究，对联络线功率振荡问题做出了科学的结论，并提出有效的抑制措施。,东北电网负荷模型研究,2004年3月25日，在东北电网吉黑断面联络线进行了两次大扰动试验，试验时实时动态监测系统（PMU）成功地记录了大量的暂态、动态数据。大扰动试验和仿真分析不仅证明了原来采用的负荷模型与实际不相符合，也为建立新的负荷模型提供了准确的实测数据，同时进一步推进了我国
10、负荷模型的研究工作。,PAC-2000装置简介,PAC-2000装置的研究概况,2003年1月正式立项开发，2004年3月第一台PAC-2000在东北电网投入运行。积累十余年相量测量的推广应用经验，应用最新科技发展成果。中国电科院独立开发，拥有自主知识产权。全面满足电力系统实时动态监测系统技术规范的要求。,PAC-2000装置的屏体外观图,PAC-2000装置的屏体布置图,装置外观图,变换器箱外观图,PAC-2000分布式相量测量装置组成,PAC-2000S数据采集单元GPS授时单元PAC-2000P数据集中器,PAC-2000分布式系统架构,PAC-2000S数据采集单元,PC/104+QN
11、X+ExtremeDB,PAC-2000S数据采集单元,模拟量信号形式可以为交流电流、交流电压、直流电流和直流电压可同时处理48路模拟量信号、16路开关量输入信号和8路开关量输出信号 可直接接收GPS信号，也可以接收光纤信号,GPS授时单元,输出信号6路秒脉冲输出6路时间信息输出输入信号GPS天线接口1路秒脉冲输入1路时间信息输入,PAC-2000P数据集中器,最多可接入8台数据采集单元可向多主站传送数据存储所有数据采集单元的最多14天动态数据存储暂态录波数据支持双硬盘备份,装置性能特征,PAC-2000装置的性能特征,是硬件平台最先进PMU是守时精度最高的PMU是供电方案最完善的PMU是测量
12、通道最多的PMU是人机界面最友好的PMU,装置性能特征,先进的硬件平台,高性能的硬件平台结构,采用第三代的CompactPCI工控总线和DSP并行数据处理系统相结合的硬件平台 具有运行稳定可靠、结构层次清晰、总线速度快、系统数据处理能力强等特点严格按照CompactPCI工业标准设计，采用标准化、模块化、开放式的结构设计，便于装置调试、现场维护和产品升级,PAC-2000装置硬件硬件结构图,CPCI总线,通信系统,同步时钟输入,同步时钟输出,开关信号输入,开关信号输出,模拟信号输入,数据储存,中国工控机技术的发展历程,CompactPCI工控总线平台,国际CompactPCI总线工业计算机协会
13、,CompactPCI工控总线平台,CompactPCI工控总线平台,CompactPCI与ISA比较,高性能的DSP,32 bit 外部总线宽度200 MHz 时钟速度1600 MIPS 运算能力,装置性能特征,稳定可靠的软件平台,稳定可靠的软件平台,装置采用嵌入式实时操作系统QNX作软件平台。各模块相互独立，单个模块发生异常时不会影响其他模块的正常运行。当监控模块发现某一功能模块异常时，可以将该模块删除，然后再重新启动该模块，其间，其他模块仍维持正常运行。各模块可以独立升级。,装置软件结构示意图,数据采集模 块,文件管理模 块,人机对话模 块,数据通信模 块,共享数据区,监控及管理模块,Q
14、NX嵌入式实时操作系统,QNX是由加拿大QSSL公司开发的分布式嵌入式实时操作系统。2002年QNX被Dedicated Systems Expert 公司评为世界上最优秀的嵌入式实时操作系统之一。QNX是真正的符合POSIX标准的实时操作系统，软件可移植性强。QNX是基于微内核、完全地址空间保护体系结构的操作系统，具有超强的稳定性、可靠性和可维护性。,装置性能特征,先进的守时和测量技术,先进的守时和测量技术,高性能GPS接收模块、高精度晶振独具特色的精密守时电路16-bit A/D转换器硬件电路无可调元件采用频率补偿、非线性补偿等多种软件修正技术,GPS时钟同步精度,GPS信号正常时，时钟同
15、步误差 100ns。GPS信号异常时，装置仍能正常工作，并具有极高的守时精度：失星 2 小时，时钟同步误差不大于 30 s（0.5）失星 10 小时，时钟同步误差不大于 150 s（2.7）装置只需捕获到一颗卫星信号便可保证时钟精度，这一性能特别适宜于山区和丘陵地区的发电厂和变电站所安装的PMU。,信号测量精度,电压幅值误差：0.1%(0.4Un2.0Un)电流幅值误差：0.1%(0.4In10In)功率引用误差：0.1%频率测量误差：0.001Hz(45Hz 55Hz)绝对相角测量误差：500.1Hz：0.1501.0Hz：0.2503.0Hz：0.5,装置性能特征,安全可靠的冗余配置技术,
16、均衡冗余供电技术,装置采用两路可热插拔的电源均衡冗余供电。任何一路电源故障（无论是外部供电故障，还是内部电源模块故障）都不会影响装置的正常运行。电源检修或更换装置电源模块时装置无须停运。,安全的数据存储方案,操作系统和程序文件保存在高可靠的CF卡中，保证了装置运行的可靠性不受硬盘故障的影响。数据文件一式两份同时保存在两个独立的大容量硬盘中，互为备份。防止单个硬盘发生故障所造成的测量数据损毁，极大地提高了测量数据的安全性。,装置性能特征,测量通道多、配置灵活,是测量通道最多的PMU,配置灵活,装置的测量信号：交流电压、交流电流、直流电压、直流电流、脉冲信号、开关量。用户可整定：采样速率、实时记录
17、速率、实时数据上传速率、实时记录数据的储存时间等。可独立配置：每路模拟量通道的量程、与每个主站的通信模式。,装置性能特征,功能完善,装置功能完善,装置具备完善的实时监测、实时记录和暂态录波功能。可以测量发电机功角和发电机内电势。具有强大的数据分析功能，可进行谐波分析。具备网络通信和串口通信功能。具有完善的软件自诊断功能和事件记录功能，便于装置调试、维护和故障分析。,装置主要功能,装置主要功能,实时监测实时记录暂态录波发电机内电势测量非交流信号监测同步时钟和同步采样对外通信数据分析与事件记录,实时监测,实时监测,三相基波电压相量、三相基波电流相量基波正序电压相量、基波正序电流相量有功功率、无功功
18、率系统频率开关量信号发电机内电势和发电机功角发电机励磁电压、励磁电流,实时监测,监测数据输出速率可设置为25、50、100次/秒,实时记录,装置可以连续不间断记录所有测量信号测量数据同时存入两个独立的硬盘，互为备份可就地保存连续14天以上的记录数据，记录数据自动循环覆盖，装置不提供删除和修改功能,实时记录,三相基波电压相量、三相基波电流相量基波正序电压相量、基波正序电流相量系统频率开关量信号发电机内电势和发电机功角发电机励磁电压、励磁电流,实时记录,实时记录数据的记录速率25、50、100次/秒可整定,暂态录波,通过高速采样来记录电力系统的暂态过程可就地分析暂态录波数据可向主站传送暂态录波数据
19、,暂态录波,暂态录波数据输出格式符合ANSI/IEEE C37.111-1999（COMTRADE）标准要求暂态录波的记录速率最高4800次/秒（96点/周波）最低1600次/秒（32点/周波）,暂态录波的启动判据,频率变化率越限电压突变电流突变频率越限电压越限,电流越限开关变位功角越限低频振荡 接受主站触发命令,发电机内电势测量,利用发电机内电势测试仪,PMU,发电机内电势测量,根据发电机电气参数和运行参数推导,U I,f(Xd,Xq,Xd,Xq,U,I),非交流信号监测,当装置安装在发电厂时可以监测：AGC控制信号PSS控制信号励磁控制系统信号调速器控制信号,非交流信号监测,当装置安装在直
20、流换流站时可以监测：直流电压信号直流电流信号直流系统控制信号,同步时钟和同步采样,接收GPS信号，产生高精度的同步时钟信号和同步采样脉冲信号。具有精密守时电路，在失去GPS信号后仍能长时间维持高精度的同步采样。可接收来自其他装置的同步时钟信号和PPS脉冲信号。可向其他装置发送同步时钟信号和PPS脉冲信号。,装置通信,全面符合电力系统实时动态监测系统技术规范（试行修改稿）中制定的通讯协议。,装置与主站的通信,实时监测数据的传输按CFG2规定向主站传送实时监测数据可以同时向多个主站传送实时监测数据不同的主站可以有各自独立的CFG2配置实时记录数据的传输可以离线的方式向主站传送实时记录数据暂态录波数
21、据的传输装置可以离线的方式向主站传送暂态录波文件,装置与变电站监控系统的通信,装置可按DL/T 667-1999传输规约（103规约）与变电站监控系统通信。,子站,子站结构,集中式子站结构,PMU,调度中心主站2,通信系统,调度中心主站1,调度中心主站3,子站结构,分布式子站结构,PMU1,数据集中器,通信系统,调度中心主站2,调度中心主站1,调度中心主站3,PMU2,PMU3,PMU4,子站,子站配置实例一,子站配置实例二,数据分析功能,能在线和离线观察分析实时测量数据具有多种显示界面数值曲线矢量图,数据分析功能,实时记录数据分析暂态录波数据分析谐波分析通道运算,事件记录功能,运行日志异常日志事件标识日志故障录波日志,装置操作及维护,主菜单,运行监视界面,运行监视界面,运行监视界面,实时记录数据分析,暂态录波数据分析,曲线运算,PMU属性设置,线路信息设置,发电机内电势信息设置,装置运行日志,感谢各位！,
