基于PMU的广域相量测量系统综述:矢量
关键词PMU；WAMS广域相量测量；应用技术
1，前言
同步相量测量装置PMU最早提出于1980年。随着GPS在民用领域的应用，PMU应运而生，全球几次大电网事故推动了PMU和基于PMU的WAMS(广域测量系统)同步相量测量技术在系统中的应用。根据PMU提供的精确相量数据，工程技术人员可以确定系统故障一系列事件的发生顺序，确定系统故障的原因和故障点。现场试验和研究结果表明，WAMW技术在电力系统稳定预测与控制、状态估计与动态监测、继电保护、模型验证、故障定位等方面具有广阔的应用前景。
2.PMU的主要技术问题
PMU要求同步误差不能超过1？s，相量幅值误差小于0.2%，角度误差仅为0.2度，频率测量为45-55hz，误差小于0.005Hz可连续记录14天的数据，最快为100Hz。当GPS信号丢失时，它可以自动保持时间。如果GPS锁丢失60分钟，误差不会超过55？s .按照标准协议传输动态数据。PMU的主要技术问题包括同步采集和相量计算。
2.1同步采集
典型PMU的结构如图2-1所示。基本原理是锁相振荡器将GPS接收机给出的1pps信号分成一系列脉冲进行采样，交流信号经滤波后由A/D模数转换器量化，再由微处理器进行离散傅里叶变换计算相量。微处理器也可以用对称分量法计算正序相量。PUM装置装配时间戳、正序相量等。根据特定标准转换成消息，并将它们传输到远程数据集中器。从每个数据集中器收集PMU信息，为整个系统的保护、控制和监视提供数据。
2.2相量计算
相量测量算法主要包括离散傅里叶变换(DFT)和过零检测。
2.2.1过零检测方法
过零检测法只需要将被测工频信号的过零时刻与某个标准时间进行比较，就可以得到相角差，是一种比较直观的同步相量测量方法。对于50Hz工频信号，子站和参考站的电压相角差是，如果每个周期的相位可以比较，可以提高相角的实时测量，就需要以WAMS CPU中精确的晶振时钟为基准建立一个标准的50Hz信号，CPU会在电压过零的时刻盖章，然后计算出各节点电压相对于标准50Hz信号的相角差。过零检测法原理简单，易于实现，但易受谐波、噪声和非周期分量的影响，精度低，实时性差，需要结合其他技术手段。
2.2.2离散傅里叶变换法
DFT是电力系统相量计算中应用最广泛的算法之一。DFT具有滤波功能，可以精确计算信号中的DC分量、基波分量和谐波分量，计算精度不受DC分量和谐波分量的影响。
n是每个周期的采样点数，x是相量的有效值，也就是采样值。这种相量计算方法可以消除整个谐波分量的影响，但需要在相量计算前对输入信号进行低通滤波，防止频域混叠。
DFT相量计算要求采样频率为基波信号周期的整数倍。当信号频率与采样频率不同步时，周期采样信号的相位在开始和结束时是不连续的，这将导致频率泄漏，从而引起计算误差。固定间隔抽样法和等角抽样法可以减少这种不利影响。
2.2.3数字微分法
数字微分法利用正弦的特性，差分后可以将信号频率转换成系数，时域变量商约简后得到相量计算公式。数字微分法本质上是基于拉格朗日插值曲线拟合法和数字微分法。数字微分法具有计算量小、精度高、耗时短等优点，但算法不具备抗干扰能力，限制了其应用范围。数字微分法通过选择合适的数据区间，可以在一定程度上抑制谐波的干扰，但对于随机干扰和非周期分量，很难获得好的结果，仍然需要滤波。
2.3影响测量精度的因素
系统的频率是不固定的。当信号为非工频信号时，固定采样窗口与信号周期不一致，需要对非工频信号进行误差补偿，否则会在一定程度上影响相量测量单元的精度。系统中的谐波也会影响PMU测量的精度。相量计算方法采用DFT时，可以消除整数次谐波，起到一定的滤波作用。此外，暂态失真也会影响PMU相量测量的精度。
3.PMU在电力系统中的应用
1993年，美国工程技术人员研制出第一台PMU装置，标志着同步相量测量技术在电力系统中的实际应用，使同步相量测量技术的推广应用上升到一个新的阶段。随着各大电力公司和科研机构对PMU应用研究和工程实施的快速发展，基于PUM的同步相量测量技术将在电力系统保护、电力系统控制和电力系统监控中具有广阔的应用前景。
3.1动态过程监控和记录
3.1.1电力系统故障录波
早期通信信道的传输容量低且昂贵。起初，PMU几乎唯一的应用是故障记录。目前，故障录波仍然是PMU最基本也是非常重要的应用。它包括常规保护的故障记录和系统在扰动下的行为记录。
3.2系统低频振荡的监测、识别和抑制
电力系统低频振荡已成为制约电网输送能力、危及电网安全稳定运行的最重要因素之一。基于PMU的WAMS能够在线同步测量电力系统动态过程，能够快速测量发电机功角、角速度、内部电势、母线电压等与发电机机电暂态密切相关的测量量，并将信息及时传输到调度中心，为实现全网低频振荡在线分析提供了信息平台。WAMS根据辨识结果配置PSS参数，有效抑制低频振荡。系统运行人员可以了解电网中经常发生的阻尼特性、振荡频率及相关机组，提前了解当前电网中存在的主要振荡问题，调整控制系统参数，合理安排运行方式，提前制定校正控制方案。
4.结论
基于PMU的广域相量同步测量技术还是一个新生事物，在电力系统中会有广阔的发展前景，PMU/WAMS会有更大的发展空间。智能调度是智能电网的核心，广域相量测量技术是实现智能电网的基础，是保障电网安全的重要手段。智能控制是智能电网的重要环节之一，而基于PMU的WAMS系统是保证智能控制的关键。为了实现中国建设坚强智能电网的宏伟目标，广域测量系统将是其中的重要组成部分。
参考
彭海。基于广域网的电力系统自适应保护研究[D].西南交通大学硕士论文，2006。
张超。同步相量测量单元PMU的研究。广西大学硕士论文，2007。
游燕，张野，隋慧斌，陆金川。基于PMU的广域保护系统[J].山东电力科技，2005(3)。