AC-2000電力系統(tǒng)相量測量裝置

PAC-2000電力系統(tǒng)相量測量裝置

產(chǎn)品介紹2004-12-141PAC-2000電力系統(tǒng)同步相量測量裝置同步相量synchrophasor：以標(biāo)準(zhǔn)時間信號作為采樣過程的基準(zhǔn)，通過對采樣數(shù)據(jù)計算而得的相量稱為同步相量。因而，各個節(jié)點的相量之間存在著確定統(tǒng)一的相位關(guān)系。相量測量裝置phasormeasurementunit(PMU)：用于進(jìn)行同步相量的測量和輸出以及進(jìn)行動態(tài)記錄的裝置。同步相量的表示XmXmt=0(1PPS)signalx(t)-90°0°t=0(1PPS)同步相量測量同步采樣脈沖GPSO電網(wǎng)節(jié)點1電網(wǎng)節(jié)點2電網(wǎng)調(diào)度中心同步采樣脈沖OO電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的組成電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主站通信系統(tǒng)子站相量測量裝置（PMU）數(shù)據(jù)集中器（DC）電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)華北電網(wǎng)東北電網(wǎng)子站A1子站A2子站A3子站B1子站B2東北主站華北主站國調(diào)主站同步性：相量測量裝置應(yīng)能利用同步時鐘（如GPS）的秒脈沖信號同步裝置的采樣脈沖，采樣脈沖的同步誤差應(yīng)不大于±1μs。實時性：相量測量裝置在高速通信系統(tǒng)的支撐下，能實時地將各種數(shù)據(jù)傳送至多個主站，并能實時接收各主站的命令。高速度：相量測量裝置必須具有高速的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線和對外通信接口，以滿足大流量實時數(shù)據(jù)的運(yùn)算、存貯和對外發(fā)送。高精度：相量測量裝置必須具有足夠高的測量精度，一般A/D需在16位及以上，裝置測量環(huán)節(jié)產(chǎn)生的信號相位誤差和幅值誤差要進(jìn)行補(bǔ)償。高可靠性：相量測量裝置必須具備很高的可靠性，以滿足未來的動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性要求?？煽啃泽w現(xiàn)在兩方面，一是裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性；二是記錄數(shù)據(jù)的安全可靠性。大容量：相量測量裝置必須具備足夠大的存貯容量，以保證能長期記錄和保存實時記錄數(shù)據(jù)和暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)。CEPRI相量測量的研究歷程組建國內(nèi)第一套實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)1995年，中國電科院在南方電網(wǎng)組建我國第一套投入商業(yè)運(yùn)行的實時功角監(jiān)測系統(tǒng)。新疆西藏東北華北西北華中華東南方中國電科院的PMU研究之路1998年，開始構(gòu)建華東電網(wǎng)實時功角監(jiān)測系統(tǒng)2001年，開始構(gòu)建福建電網(wǎng)實時功角監(jiān)測系統(tǒng)新疆西藏東北華北西北華中華東南方第一次在動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中直接測量發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢2002年，中國電科院研制的GJ-205型發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢測量儀在華東電網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的徐州子站投入運(yùn)行。發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢測試儀PMU組建了我國第一個大型混合相量測量系統(tǒng)2003年，在東北電網(wǎng)組建了我國第一個采用不同廠家、不同型號的PMU裝置混合構(gòu)成的統(tǒng)一、開放、兼容的新一代電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。新疆西藏東北華北西北華中華東南方主站：包含2個廠家產(chǎn)品子站：包含3個廠家產(chǎn)品CEPRI在相量測量領(lǐng)域的推廣應(yīng)用成效1995年至2005年，經(jīng)歷了十余年的探索、研究和推廣應(yīng)用：組建了7個電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)；建立了7個主站；建立了46個子站；有62臺PMU裝置在系統(tǒng)中運(yùn)行。中國電科院PMU在電網(wǎng)中的分布新疆西藏東北華北西北華中華東南方華東電網(wǎng)2個主站20個子站28臺PMU國調(diào)系統(tǒng)1個主站2個子站2臺PMU華中電網(wǎng)1個主站8個子站15臺PMU南方電網(wǎng)1個主站11個子站12臺PMU東北電網(wǎng)1個主站1個子站1臺PMU西北電網(wǎng)1個主站4個子站4臺PMU新一代PMU裝置研制成功2004年初，中國電科院研制的新一代PMU裝置——PAC-2000電力系統(tǒng)相量測量裝置在東北電網(wǎng)投入運(yùn)行。新一代PMU裝置的推廣應(yīng)用2004年底，在華東電網(wǎng)中標(biāo)的7個子站共13臺PAC-2000裝置順利通過華東電網(wǎng)組織的工廠驗收。目前所有屏柜已運(yùn)抵現(xiàn)場，部分具備條件的廠站已安裝投運(yùn)。2005年2月，PAC-2000裝置在500kV徐州三堡變電站投入運(yùn)行，成為國調(diào)中心實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的一個新子站。與華東電網(wǎng)的合作開發(fā)項目——發(fā)電機(jī)動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)目前正在研發(fā)中。這是業(yè)界首次將PMU應(yīng)用到發(fā)電廠就地監(jiān)控中。PAC-2000在華東接受測試2004年1月，中國電科院研制的PAC-2000同步相量測量裝置，受邀請參加了華東公司組織的PMU功能和性能測試，裝置的多項性能指標(biāo)在參試廠家中名列前茅中國電科院的PMU研究之路2005年底自主研發(fā)完成PAC-2000分布式相量測量裝置中國電科院的PMU研究之路2006年底以PI數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)平臺重慶電網(wǎng)WAMS系統(tǒng)中標(biāo)CEPRI在相量測量領(lǐng)域的優(yōu)勢CEPRI在相量測量領(lǐng)域的優(yōu)勢福-雙線功率振蕩問題研究福建與華東電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)后，聯(lián)絡(luò)線出現(xiàn)功率振蕩問題，福建電網(wǎng)開展了多次系統(tǒng)試驗，在華東電網(wǎng)PMU實測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，深入分析計算研究，對聯(lián)絡(luò)線功率振蕩問題做出了科學(xué)的結(jié)論，并提出有效的抑制措施。東北電網(wǎng)負(fù)荷模型研究2004年3月25日，在東北電網(wǎng)吉黑斷面聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行了兩次大擾動試驗，試驗時實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（PMU）成功地記錄了大量的暫態(tài)、動態(tài)數(shù)據(jù)。大擾動試驗和仿真分析不僅證明了原來采用的負(fù)荷模型與實際不相符合，也為建立新的負(fù)荷模型提供了準(zhǔn)確的實測數(shù)據(jù)，同時進(jìn)一步推進(jìn)了我國負(fù)荷模型的研究工作。PAC-2000裝置簡介PAC-2000裝置的研究概況PAC-2000裝置的屏體外觀圖PAC-2000裝置的屏體布置圖裝置外觀圖變換器箱外觀圖PAC-2000分布式相量測量裝置組成PAC-2000S數(shù)據(jù)采集單元GPS授時單元PAC-2000P數(shù)據(jù)集中器PAC-2000分布式系統(tǒng)架構(gòu)PAC-2000S數(shù)據(jù)采集單元PC/104+QNX+ExtremeDBPAC-2000S數(shù)據(jù)采集單元模擬量信號形式可以為交流電流、交流電壓、直流電流和直流電壓可同時處理48路模擬量信號、16路開關(guān)量輸入信號和8路開關(guān)量輸出信號可直接接收GPS信號，也可以接收光纖信號GPS授時單元輸出信號6路秒脈沖輸出6路時間信息輸出輸入信號GPS天線接口1路秒脈沖輸入1路時間信息輸入PAC-2000P數(shù)據(jù)集中器最多可接入8臺數(shù)據(jù)采集單元可向多主站傳送數(shù)據(jù)存儲所有數(shù)據(jù)采集單元的最多14天動態(tài)數(shù)據(jù)存儲暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)支持雙硬盤備份裝置性能特征PAC-2000裝置的性能特征是硬件平臺最先進(jìn)PMU是守時精度最高的PMU是供電方案最完善的PMU是測量通道最多的PMU是人機(jī)界面最友好的PMU裝置性能特征——先進(jìn)的硬件平臺高性能的硬件平臺結(jié)構(gòu)采用第三代的CompactPCI工控總線和DSP并行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相結(jié)合的硬件平臺具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)層次清晰、總線速度快、系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)等特點嚴(yán)格按照CompactPCI工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、開放式的結(jié)構(gòu)設(shè)計，便于裝置調(diào)試、現(xiàn)場維護(hù)和產(chǎn)品升級PAC-2000裝置硬件硬件結(jié)構(gòu)圖CPCI總線通信系統(tǒng)人機(jī)接口

同步時鐘輸入同步時鐘輸出開關(guān)信號輸入

開關(guān)信號輸出

模擬信號輸入

繼電器光電隔離IO邏輯DSP信號調(diào)理16bitADCDSP時鐘電路DSPGPS主控CPU數(shù)據(jù)儲存CompactPCIIPCSTD1998年90年代80年代生產(chǎn)過程自動化管理信息化退出歷史舞臺CompactPCI工控總線平臺國際CompactPCI總線CompactPCI工控總線平臺80.0mm后I/O板233.35mm160.0mm前插板背板CompactPCI工控總線平臺CompactPCI與ISA比較CompactPCIISA總線寬度64bits16bits總線速率66MHz8MHz總線接口氣密針孔接頭金手指抗振性能優(yōu)異差電磁兼容性優(yōu)異一般耐腐蝕優(yōu)異差熱插拔支持不支持高性能的DSP32bit外部總線寬度200MHz時鐘速度1600MIPS運(yùn)算能力裝置性能特征——穩(wěn)定可靠的軟件平臺穩(wěn)定可靠的軟件平臺裝置采用嵌入式實時操作系統(tǒng)QNX作軟件平臺。各模塊相互獨立，單個模塊發(fā)生異常時不會影響其他模塊的正常運(yùn)行。當(dāng)監(jiān)控模塊發(fā)現(xiàn)某一功能模塊異常時，可以將該模塊刪除，然后再重新啟動該模塊，其間，其他模塊仍維持正常運(yùn)行。各模塊可以獨立升級。裝置軟件結(jié)構(gòu)示意圖數(shù)據(jù)采集模

塊文件管理模

塊人機(jī)對話模

塊數(shù)據(jù)通信模

塊共享數(shù)據(jù)區(qū)監(jiān)控及管理模塊QNX嵌入式實時操作系統(tǒng)QNX是由加拿大QSSL公司開發(fā)的分布式嵌入式實時操作系統(tǒng)。2002年QNX被DedicatedSystemsExpert公司評為世界上最優(yōu)秀的嵌入式實時操作系統(tǒng)之一。QNX是真正的符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)的實時操作系統(tǒng)，軟件可移植性強(qiáng)。QNX是基于微內(nèi)核、完全地址空間保護(hù)體系結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)，具有超強(qiáng)的穩(wěn)定性、可靠性和可維護(hù)性。裝置性能特征GPS時鐘同步精度GPS信號正常時，時鐘同步誤差≤±100ns。GPS信號異常時，裝置仍能正常工作，并具有極高的守時精度：失星2小時，時鐘同步誤差不大于30μs（0.5°）失星10小時，時鐘同步誤差不大于150μs（2.7°）裝置只需捕獲到一顆衛(wèi)星信號便可保證時鐘精度，這一性能特別適宜于山區(qū)和丘陵地區(qū)的發(fā)電廠和變電站所安裝的PMU。信號測量精度電壓幅值誤差：0.1%(0.4Un～2.0Un)電流幅值誤差：0.1%(0.4In～10In)功率引用誤差：0.1%

頻率測量誤差：0.001Hz(45Hz～55Hz)絕對相角測量誤差：50±0.1Hz：≤±0.1°50±1.0Hz：≤±0.2°50±3.0Hz：≤±0.5°裝置性能特征裝置采用兩路可熱插拔的電源均衡冗余供電。任何一路電源故障（無論是外部供電故障，還是內(nèi)部電源模塊故障）都不會影響裝置的正常運(yùn)行。電源檢修或更換裝置電源模塊時裝置無須停運(yùn)。直流110V直流220V交流220VCompactPCI總線直流電源模塊交流電源模塊安全的數(shù)據(jù)存儲方案操作系統(tǒng)和程序文件保存在高可靠的CF卡中，保證了裝置運(yùn)行的可靠性不受硬盤故障的影響。數(shù)據(jù)文件一式兩份同時保存在兩個獨立的大容量硬盤中，互為備份。防止單個硬盤發(fā)生故障所造成的測量數(shù)據(jù)損毀，極大地提高了測量數(shù)據(jù)的安全性。數(shù)據(jù)盤A數(shù)據(jù)盤B系統(tǒng)盤裝置性能特征——測量通道多、配置靈活是測量通道最多的PMU通道類型模擬量輸入開關(guān)量輸入開關(guān)量輸出通道數(shù)量4896641281632配置靈活裝置的測量信號：交流電壓、交流電流、直流電壓、直流電流、脈沖信號、開關(guān)量。用戶可整定：采樣速率、實時記錄速率、實時數(shù)據(jù)上傳速率、實時記錄數(shù)據(jù)的儲存時間等?？瑟毩⑴渲茫好柯纺M量通道的量程、與每個主站的通信模式。裝置性能特征——功能完善裝置功能完善裝置具備完善的實時監(jiān)測、實時記錄和暫態(tài)錄波功能。可以測量發(fā)電機(jī)功角和發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢。具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能，可進(jìn)行諧波分析。具備網(wǎng)絡(luò)通信和串口通信功能。具有完善的軟件自診斷功能和事件記錄功能，便于裝置調(diào)試、維護(hù)和故障分析。裝置主要功能裝置主要功能實時監(jiān)測實時記錄暫態(tài)錄波發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢測量非交流信號監(jiān)測同步時鐘和同步采樣對外通信數(shù)據(jù)分析與事件記錄實時監(jiān)測實時監(jiān)測三相基波電壓相量、三相基波電流相量基波正序電壓相量、基波正序電流相量有功功率、無功功率系統(tǒng)頻率開關(guān)量信號發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢和發(fā)電機(jī)功角發(fā)電機(jī)勵磁電壓、勵磁電流實時監(jiān)測監(jiān)測數(shù)據(jù)輸出速率可設(shè)置為25、50、100次/秒實時記錄裝置可以連續(xù)不間斷記錄所有測量信號測量數(shù)據(jù)同時存入兩個獨立的硬盤，互為備份可就地保存連續(xù)14天以上的記錄數(shù)據(jù)，記錄數(shù)據(jù)自動循環(huán)覆蓋，裝置不提供刪除和修改功能實時記錄三相基波電壓相量、三相基波電流相量基波正序電壓相量、基波正序電流相量系統(tǒng)頻率開關(guān)量信號發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢和發(fā)電機(jī)功角發(fā)電機(jī)勵磁電壓、勵磁電流實時記錄實時記錄數(shù)據(jù)的記錄速率25、50、100次/秒可整定暫態(tài)錄波通過高速采樣來記錄電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程可就地分析暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)可向主站傳送暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)暫態(tài)錄波暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)輸出格式符合ANSI/IEEEC37.111-1999（COMTRADE）標(biāo)準(zhǔn)要求暫態(tài)錄波的記錄速率最高4800次/秒（96點/周波）最低1600次/秒（32點/周波）暫態(tài)錄波的啟動判據(jù)頻率變化率越限電壓突變電流突變頻率越限電壓越限電流越限開關(guān)變位功角越限低頻振蕩接受主站觸發(fā)命令發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢測量利用發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢測試儀發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢測試儀PMU發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢測量根據(jù)發(fā)電機(jī)電氣參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)推導(dǎo)PMUUIf(Xd,Xq,Xd’,Xq’,U,I)非交流信號監(jiān)測當(dāng)裝置安裝在發(fā)電廠時可以監(jiān)測：AGC控制信號PSS控制信號勵磁控制系統(tǒng)信號調(diào)速器控制信號非交流信號監(jiān)測當(dāng)裝置安裝在直流換流站時可以監(jiān)測：直流電壓信號直流電流信號直流系統(tǒng)控制信號同步時鐘和同步采樣接收GPS信號，產(chǎn)生高精度的同步時鐘信號和同步采樣脈沖信號。具有精