多功能同步测量网络

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,多功能同步测量网络,1,0 引言,在1992年，纽约电力管理局（NYPA）及其他独立州的电能研究合作委员会（ESEERCO）发起在纽约高压传输系统中推广使用采用相量测量技术的同步测量网络。五年以后，总数为150个测量信道已建立，其中138个信道测量的是46个可测相量的三相量。,2,到现在为止，相量数据仅用于离线方式。与一个新的能量管理系统一起，纽约电力管理局发起了一个工程 ，相量数据将实时的送进能量管理系统并输入到新的正在研究的状态估计器。采用相量数据作为电力系统状态的直接测量被预计将改善估计器的性能，估计器是能量管理系统其它应用的重要部分。,这篇文献确定了测量网络当前和未来的地位（见图1），富有特色的谐波测量、扰动监视和地磁感应电流监视功能。,3,4,1 同步测量,一个同步测量系统要求在不同子站的测量除了,幅值,外还包括,相对于一个参考点的相角,数据。,相位信息在测量的绝对时间被获得。所有测量的时间对于一个时间参照而言必须是同步的,，这个时间参照对于所有局部系统必须是同样的。这个,时间参照从全球定位系统（GPS）获得,，全球定位系统是由美国防御部门运行的24颗卫星组成的星座。由全球定位系统接受器提供的参考信号精度达到0.5微秒。这是一个对于基频为0.02度或25阶谐波为小于1度的绝对相位分辨率。,5,2 硬件,宏达因模型（the Macrodyne Model）1690,相量测量单元,（PMU）用来作为数据采集硬件并包括一个,全球定位系统接受器,。每一套设备都由安装有相量测量单元的小格子、用于电压和电流测量的合适的开关和分流器、一台带有液晶显示屏及监视计时器和调制解调器的个人电脑组成。输入电压和电流被过滤并以2880HZ采样频率数字化。,6,所有地方的采样时钟和从全球定位系统来的1PPS信号同步。每一个输入信道都有一个16位模数转换器，并与常规系统隔离。数字滤波和精确成型的差分输入平台提供了好于0.1度的相位匹配及一般拒绝高于输入带宽为80DB的噪音模式。图2展示了硬件的图形化布置。,7,当前同步测量系统执行三个不同的功能：,（1）谐波测量,（2）扰动监视,（3）地磁感应电流（GIC）监视。,8,9,3 谐波测量,同步测量网络的谐波测量功能叫做谐波测量系统（HMS），它由前述硬件和针对子站和主站计算机精心研制的软件一起组成。每十五分钟，系统数据的快照被相位测量系统捕获并送到局部计算机去补偿因仪表信道的不理想特性引起的误差。随后，谐波通过傅立叶变换被提出来并传送到亚特兰大的主站进行全局数据处理，从而系统内的谐波潮流被形成。,10,3.1谐波测量的误差校正,谐波测量系统的输入信号来自于被设计为主要用于60HZ测量的仪表。这些信号对于谐波测量的精度是不知道的但必须被量化。实际上，图3中的每一个元件也将引进误差。这些元件是仪表变送器、控制电缆、负载和相位测量单元。,11,12,从实践来看，误差校正方式应当集中于误差的主要来源。通过实验已确定测量误差的主要来源是：,（1） 仪表变送器的不理想特性,（2） 相位测量单元的不理想特性,（3） 电缆和负载的影响,13,图4介绍了相量测量单元的传递函数。图5展示在麻斯子站电容器终端捕获的叠加了校正波形的原始数据。,注意到误差校正显著的提高了谐波测量的精度是非常重要的,。从图5可以看出仪表变送器和其他元件在电力系统和相位测量单元之间会引起,相位偏移和信号延迟,，这必须利用这些元件频率响应特性补偿这些影响，信号从而得到校正。,14,15,16,3.2 谐波测量系统数据的利用,谐波数据被采集、分析和归档。这些数据提供了高电压传输系统谐波和系统扰动的产生和传播的有用的信息。,这些数据也用来消除引起系统问题的谐波和估计传输线路的参数,。图6作为由谐波测量系统生成报告的例子，阐明了麻斯345KV子站的基频和整个谐波扭曲的快照。,17,18,19,4 扰动监视,一旦监测到系统扰动，谐波测量单元就启动附有时间标签的正序系统数据的记录。监视是基于系统频率突然变化及最小和最大的系统电压水平的一个临界值。基于这些触发脉冲线性组合和基于两个量相角差是一样好，但后者现在一般不使用。基于几种扰动，所有或一些相位测量单元会被触发。,20,用来记录扰动的电流有效采样频率是每秒六个样本，能观测3Hz以下的震荡。记录长度是72秒，包括17秒触发前的信息。相位测量单元可通过设定参数和通过一般安全检查的调制解调器远程到达。每个相位测量单元能储存16个记录。每晚，扰动记录都被送到位于纽约电力库（NYPP）的主站并送到可通过拨号进入的公告系统（BBS）。公告系统现在位于纽约电力库并被数据库工程师监视和维护。成员公司的工作人员通过公告栏进入。,21,相量数据的分析和画图是被对用户友好的、以窗口为基础、用户习惯的、名字叫桌面处理程序（TPP）和桌面合并程序（TMP）来完成，这个程序是为这个目的特别研制的。研制的软件对处理相量数据有特别的考虑。我们的经验表明在分析相量数据时使用其他数据处理软件或扩展表格程序是非常烦人和花时间。这是因为为了保持相量画图时有意义而在加或减180度之间跳跃。使用桌面处理程序就能通过点击鼠标计算有功和无功、相角差、对所选择量进行快速傅立叶变换及画图和打印所有量。,22,4.1 发电损失分析,图7显示甩掉大电机时对美国东部互连系统频率的冲击，这是在1997年7月21日美国东部夏令时间16时21分44秒美国电力洛克2端发生的事故。这甩掉了1300MW的发电负荷，导致频率降低0.036HZ。这可以表示成每3610MW降0.1HZ或每361MW降0.01HZ。这是东部互连系统典型响应。,23,安排频率恢复花了几分钟时间，当开始恢复时这个事故的记录已结束。像这样的事件被监视因而系统的自然调节特性可以被计算，频率偏移值设定。这个记录来自于罗宾逊路子站，单对这个事故任何一个子站的记录本质是一样的。触发是由频率偏移到临界值0.02HZ触发的。,24,25,4.2 线路故障分析,在1997年8月28日美国东部时间15时40分，潘那尔克勒2号线发生三相故障（tree fault），它被正确切除。同时，克勒奥而尼6号线也跳闸。这是6号线继电器的不正确动作。一个记录，被显示在图8中，在麻斯345KV子站东部的2号母线被触发（因频率偏移）。,26,这个电压幅值的特别记录对分析这个事故非常有用，因为它提供了这个事件的完整图片。最初的故障是在17秒，随后被切除，马上又重合，1秒后故障又发生并被切除。1秒后重合和开断发生在39秒。6号线大约在53秒重新投入运行，在麻斯的电压恢复到故障前水平的一半多一点。,27,28,5 地磁感应电流监视,众所周知，地磁感应电流会引起电力系统崩溃。尽管在纽约子站相量测量硬件的装设一直作为地磁感应电流监视的项目，由于缺少太阳活动及太阳风暴周期的高峰在几年以后，其他的应用被给予了更多的关注。自从地磁感应电流监视在纽约投入运行，没有再触发监视单元，尽管为了提高灵敏性而减小了触发的临界值。相反地，地磁感应电流监视系统是可以运行的，监视通过变压器和电抗器组的中性点的直流电流以及系统谐波的分布。,29,使用霍尔效应测量电流并直接连接到相量测量单元。在相量测量单元里32位68030处理器执行对输入量的谐波计算并存储在缓冲存储器里。当某一个安装点超过触发水平时，那个单元开始记录并通知事故地磁感应电流数据采集器。随后数据采集器通过拨号线触发单元的其他部分以便得到即时的地磁感应电流记录。,30,充足的预触发和事后触发被存储以容许一个地磁感应电流事件的时间延迟的、全系统的记录。各自的记录随后被传送到数据采集器。按照现在的计划，地磁感应电流数据随后用人工方式传送到纽约电力当局的公告栏，以便为其他用户获得 .,31,