CN102183685A

CN102183685A - 灵活的广域电网相量测量方法

Info

Publication number: CN102183685A
Application number: CN2011100583181A
Authority: CN
Inventors: 梁志瑞; 牛胜锁; 苏海锋
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2011-09-14

Abstract

本发明公开了电力系统监测技术领域中的一种灵活的广域电网相量测量方法。包括：根据广域电网出现的故障或者异常及其发生地区，确定被测电网；建立被测电网的拓扑模型；根据拓扑模型对被测节点进行布局优化；根据优化结果，在被测节点布设可移动相量测量单元；可移动相量测量单元同步采集被测电网的信号并进行处理，得到采样数据；而后，将采样数据通过通信网络发送到中心平台；中心平台收到采样数据，进行数据分析并保存分析结果。本发明实现了电网相量的灵活测量，降低了电网布设成本和采集的电网数据信息量过大的问题。

Description

灵活的广域电网相量测量方法

技术领域

本发明属于电力系统监测技术领域，尤其设计一种灵活的广域电网相量测量方法。

背景技术

电力系统的广域电网是地理上的概念，它由发电机、变电站及重要节点组成，其最小单位是省网，再上一级为区域网(如华东、华北、华中)，再上一级为全国互联电网。广域电网测量系统(WAMS)主要由位于厂站端同步相量测量装置(PMU)、通信系统和位于调度中心的数据采集中心组成，其简化结构示意图如图1所示。

借助于全球定位系统GPS的精确对时功能，由各个PMU采集到的带时标的相角、电压等信息通过以太网接入现场局域网，再通过光纤连接到调度中心，以太网和光纤的快速传输能力保证了实时性的要求，使得调度中心能够实时得到各个被测量点电压、相角的准确值。其工作模式为各个PMU固定安装于现场，长期在线监测。

广域电网测量系统(WAMS)主要实现如下功能：

(1)测量发电机功角和母线相角，实时进行电力系统的安全稳定分析与控制。

(2)全网动态过程事故记录及事故分析。安装在各地的PMU可以在全网同一时间参考下记录电网的动态过程。

(3)稳态分析：PMU可以和现有的SCADA系统相结合提高系统状态估计的精度。

广域电网测量系统(WAMS)的主要特点和关键技术在于：

(1)WAMS具有固定组网的模式。目前，WAMS中的PMU装设不再移动，永久地只在线监测该节点的相量，现场需要安装PMU屏柜。

(2)网络拓扑及节点信息不易改变。因为WAMS的监测对象不变，所以其对应的网络拓扑及节点信息不用改变，该信息一般由厂家在监测系统的软件中预先装入，用户的人员不能进行修改或重设。

(3)高速数据通道及海量信息存储技术。为了满足大量实时数据的测量、存贮和对外发送，必须具有高速信息通道及海量信息存储技术。一般不注意考虑所用通信方式的灵活性与方便性。

(4)广域测量的同步技术。所有PMU均以精确的同步时钟信号(如GPS)作为采样过程的基准，采样脉冲的同步误差一般在±1μs左右。

广域电网测量系统(WAMS)测得的是电力系统的相量，它们对分析电力系统的故障或异常具有很高的价值。电力系统在任何时候、任何地方都有可能发生故障或异常，因此按照现有的WAMS固定组网方式，系统的大部分节点都安装PMU才能监测到整个系统出现的故障或异常。所以，按照目前WAMS的方式发展下去，就必须使监测点覆盖整个电网，监测点的数量非常多，成本太高，电力系统是无法承担如此高额费用的，而且庞大的WAMS系统的信息量太大，会造成“海量信息”效应，反而使有效信息提取困难，不利于问题的分析与决策。

由于上述问题的存在，使得具有很好理念的WAMS实际上只获得很少的应用。WAMS目前只是应用在电力系统的输电网中，而且装设PMU节点的比例极低，主要用作对于电力系统安全稳定控制的辅助手段，事实上对于输电系统的大部分节点都还没有装设PMU。与输电系统相比，在电力系统中配电系统的结构更为庞大和复杂，更容易出现异常和故障，WAMS技术在配电系统中具有更广阔的应用价值，而现在的事实是WAMS在配电系统中基本还没有获得应用。

因此如何克服现有WAMS的缺点，使得相量测量技术在整个电力系统获得普遍应用，具有极大的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种灵活的广域电网相量测量方法，用以解决广域电网测量系统(WAMS)存在的问题。

技术方案是，一种灵活的广域电网相量测量方法，其特征是所述方法包括些列步骤：

步骤1：根据广域电网出现的故障或者异常及其发生的区域，确定被测电网；

步骤2：建立被测电网的拓扑模型；

步骤3：根据拓扑模型，对被测节点进行布局优化；

步骤4：根据优化结果，在被测节点布设可移动相量测量单元；

步骤5：可移动相量测量单元同步采集被测电网的信号并进行处理，得到采样数据；而后，将采样数据通过通信网络发送到中心平台；

步骤6：中心平台收到采样数据，进行数据分析并保存分析结果。

所述建立被测电网的拓扑模型具体是：根据被测电网的主接线图表示的各设备图元之间的连接关系，利用深度优先搜索算法逐步搜索，将最终的搜索结果组成被测电网的拓扑模型。

所述可移动相量测量单元同步采集被测电网的信号并进行处理具体包括：

步骤101：可移动相量测量单元同步采集被测节点的电流信号和电压信号；

步骤102：对被采集的信号进行相位调节，对经过相位调节的信号进行放大处理，对经过相位调节和放大处理的信号进行低通滤波；

步骤103：在同步采样波形的控制下，将步骤102处理后的信号转化成数字信号；

步骤104：将转换后的数字信号附加时间信息，然后送入通信端口或存入数据存储器。

所述进行数据分析具体是：对采样数据进行快速傅里叶变换，得到被测电网的频域信息，然后再对频域信息作对称分量分析，得到被测节点的电压和各支路电流量的基波以及各次谐波的正序分量、负序分量和零序分量。

本发明根据广域电网的故障或者异常，确定被测电网范围，利用布局优化算法，布设相量测量单元，然后获取并分析测量数据，实现了电网相量的灵活测量，既避免了整个电网布设相量测量单元产生的成本过高的问题，又解决了相量测量单元过多导致的信息量过大的问题。

附图说明

图1是广域电网相量测量系统结构示意图；

图2是灵活的广域电网相量测量方法流程图；

图3是被测电网的电网主接线图；

图4是可移动相量测量单元工作原理图；

图5是通过通信网络发送数据示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本发明的设计思路是：由于绝大部分时间里电力系统(电网)处于正常状态，既无异常又无故障，只是在个别时间里在个别地点可能出现异常或故障。电力系统的日常工作，可以通过多种途径发现系统的故障或异常，如通过SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统的数据反映系统的异常现象，巡视人员发现变电站内供电设备出现的异常现象，工作人员发现局部电网频繁出现不明原因异常或故障等。上述各种途径取得的信息只是表面现象，这些都无法有效、准确的分析问题产生的原因。此时，一旦发现或怀疑电网某处存在故障或异常，那么在大部分情况下问题应该存在于它周边的局部电网内，此时可在该局部电网合理地设置若干临时测量点并接入可移动广域电网相量测量单元，根据现场的实际条件选择使用“灵活通信网络”，设置并启动“中心平台”的系统参数和监测任务，便可利用“灵活的广域电网相量测量方法”进行一次检测。合理设置监测的时间段及同步采样的密度，从而可以捕捉足够的高有效率的同步状态信息，为电力系统出现异常或故障原因的查找提供依据。等该次临时监测任务完成后，可将临时装设的灵活的广域电网相量测量系统收回，完成本次监测任务。待以后电力系统中出现新的故障或异常时，使用相同的方法在局部电网组成进行新的监测。

图2是灵活的广域电网相量测量方法流程图。图2中，灵活的广域电网相量测量方法，包括：

步骤1：根据广域电网出现的故障或者异常及其发生的区域，确定被测电网。

电力系统(电网)在绝大部分时间处于正常工作状态，日常工作中，可以通过多种途径发现电力系统的故障或异常，如通过SCADA系统反映的系统数据、巡视人员发现的供电设备的异常现象、工作人员发现局部电网频繁出现的不明原因的异常情况。一旦发现或怀疑电网某处存在故障或异常，那么在大部分情况下，问题应该存在于它周边的局部电网内。将问题可能存在的局部电网作为被测电网。

步骤2：建立被测电网的拓扑模型。

在本发明中，被测电网的拓扑模型由中心平台负责建立。中心平台存储有与电网元件对应的图形化元件库，包括：变压器、输电线、母线、断路器等元件。利用实际被测电网的电网主接线图(图3所示)，根据主接线图表示的各设备图元之间的连接关系，使用深度优先搜索算法逐步搜索，将最终的搜索结果组成被测电网的拓扑模型。

步骤3：根据拓扑模型，对被测节点进行布局优化。

搭建好被测电网拓扑模型后，确定被测电网中的被测节点。利用“保证被测电网全网可观测”的计算方法，对被测节点进行布局优化，得到可移动相量测量单元的优化布局方案，实现可移动相量测量单元的优化布局。

如图3所示，优化布局方案只需在被测节点2装设可移动相量测量单元，测量被测节点2的电压相量和被测节点2所有的进出线的电流相量，其余被测节点1、被测节点3和被测节点4处的电压相量可经计算得出，这样装设1台可移动相量测量单元就可测得整个被测电网状态。若不经过布点优化布局，可能得不到最优配置方案，例如，若不在被测节点2装设可移动相量测量单元，则需在被测节点1、被测节点3和被测节点4装设共3台可移动相量测量单元才能监测整个被测电网的状态。

步骤4：根据优化结果，在被测节点布设可移动相量测量单元。

可移动相量测量单元配置多种信号采集方式，对被测电网的电流信号拾取采用宽量程线性钳形电流互感器，使得测量时无需打开被测的电流回路；对被测电网的电压信号采用夹、卡、片等各种电压信号拾取接入端子，无需松动原有电压端子即可接入，然后经过小型PT(电压互感器)进行电压信号的隔离转换。这种灵活的信号采集方式能够实现对被测电网的无干扰接入。

步骤5：可移动相量测量单元采集被测电网的信号并进行处理，得到采样数据；之后，将采样数据通过通信网络发送到中心平台。

图4是可移动相量测量单元工作原理图，图4中，可移动相量测量单元采集被测电网的信号并进行处理具体包括：

步骤101：可移动相量测量单元采集被测节点的电流信号和电压信号。

步骤102：对被采集的信号进行相位调节，对经过相位调节的信号进行放大处理，对经过相位调节和放大处理的信号进行低通滤波。

相位调节可以提高不同相量测量单元之间所测相量的相角同步精度。放大处理可根据被测信号实际大小对其进行最合适放大倍数的调节，使得被测信号在较宽范围内都有较好的测量精度，具有自适应宽量程的特点。低通滤波用于滤除高频干扰，提高测量精度。

步骤103：在同步采样波形的控制下，将步骤102处理后的信号转化成数字信号。

数字化过程使用具有16位多通道输入高速A/D转换芯片的A/D转换器，内部具有采样保持电路。在同步采样波形的控制下，A/D转换器将步骤102处理后的模拟量转换成数字量。

可以使用具有GPS接收功能的设备接收GPS卫星信号，并输出秒脉冲。同时使用复杂可编程逻辑器，在具有GPS接收功能的设备输出的秒脉冲的触发下，输出与秒脉冲同步的同步采样波形。

时间信息可以从具有GPS接收功能的设备接收的GPS卫星信号中获得。将采样输出的数字信号附加时间信息，用于中心平台的的数据分析。

图5是通过通信网络发送数据示意图。图5中，布设的各个可移动相量测量单元将采集并经过处理的数据通过通信网络发送到中心平台。其中，通信网络根据实际情况，可采用多种数据传输方式，包括：局域网(传输介质为光纤、电话线等)、GPRS/CDMA无线网络、485总线等。

中心平台安装相量测量数据分析软件，该软件用于对采样数据进行分析，包括：对采样数据进行快速傅里叶变换，得到被测电网的频域信息，然后再对频域信息作对称分量分析，得到被测节点的电压和各支路电流量的基波以及各次谐波的正序分量、负序分量和零序分量。采样数据分析的结果存储在中心平台的数据库中。

中心平台还提供标准的外部应用接口，通过标准的外部应用接口，外部程序可以访问采样数据、快速傅里叶变换后的数据以及对称分量分析后的数据，并利用这些数据对被测电网进行深入的数据挖掘，包括：被测电网谐波特性分析、被测电网状态估计等。该软件还可以把采集数据上载到被测电网拓扑图上显示，分析问题更直观。

本发明根据电网中的异常或者故障确定被测电网，利用优化布局方法在被测节点接入可移动相量测量单元进行电网相量的采集，并通过多种通信网络将采集数据发送到中心平台进行分析，与现有广域电网测量方法固定相量测量单元的组网方式相比，避免大量布设固定相量测量单元造成的成本过高，数据中心处理数据量过大的问题。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种灵活的广域电网相量测量方法，其特征是所述方法包括些列步骤：

步骤2：建立被测电网的拓扑模型；

步骤3：根据拓扑模型对被测节点进行布局优化；

2.根据权利要求1所述的一种灵活的广域电网相量测量方法，其特征是所述建立被测电网的拓扑模型具体是：根据被测电网的主接线图表示的各设备图元之间的连接关系，利用深度优先搜索算法逐步搜索，将最终的搜索结果组成被测电网的拓扑模型。

3.根据权利要求1所述的一种灵活的广域电网相量测量方法，其特征是所述可移动相量测量单元同步采集被测电网的信号并进行处理具体包括：

步骤103：在同步采样波形的控制下，将步骤102处理后的信号转换成数字信号；

4.根据权利要求1所述的一种灵活的广域电网相量测量方法，其特征是所述进行数据分析具体是：对采样数据进行快速傅里叶变换，得到被测电网的频域信息，然后再对频域信息作对称分量分析，得到被测节点的电压和各支路电流量的基波以及各次谐波的正序分量、负序分量和零序分量。