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PMU同步相量測量裝置在萬家寨水電站的應用

發布時間:2015-06-23 09:10

  1.概述

  萬家寨水電站地處黃河北干流托克托至龍口河段峽谷內,左岸隸屬山西省偏關縣,右岸隸屬內蒙古自治區準格爾旗。樞紐水庫總容量8.96億立方米,壩后建有地面式電站廠房,廠內安裝六臺混流式水輪發電機組,單機容量180MW,山西、內蒙電網各調度3臺機組。萬家寨水利樞紐發電后,在山西電網、蒙西電網中發揮了調峰、調潮流及事故備用等重要的作用,同時為調水調沙、改善下游河道生態環境做出了貢獻。萬家寨水電站山西側三臺機組及三條線路選用了SMU-2型同步相量測量裝置,對系統動態安全穩定實施監控,為山西省電力系統調度中心的動態實時數據平臺的提供了可靠的實時數據,便于調度中心分析和監測電力系統的動態過程。

  2.系統結構及其配置

  萬家寨水電站PMU同步相量測量裝置采用的是國電南瑞科技股份有限公司的SMU-2型同步相量測量裝置。

  2.1硬件配置

  相量測量裝置:用于進行同步相量的測量和輸出以及進行動態記錄的裝置。PMU的核心特征包括基于標準時鐘信號的同步相量測量、失去標準時鐘信號的守時能力、PMU與主站之間能夠實時通信并遵循有關通信協議。

  數據集中器:用于站端數據接收和轉發的通訊裝置。能夠同時接收多個通道的測量數據,并能實時向多個通道轉發測量數據。

  子站:安裝在同一發電廠或變電站的相量測量裝置和數據集中器的集合。子站可以是單臺相量測量裝置,也可以由多臺相量測量裝置和數據集中器構成。一個子站可以同時向多個主站傳送測量數據。

  主站:安裝在電力系統調度中心,用于接收、管理、存儲、分析、告警、決策和轉發動態數據的計算機系統。

  電力系統實時動態監測系統:基于同步相量測量以及現代通信技術,對地域廣闊的電力系統動態過程進行監測和分析的系統。

  軟件配置

  軟件包括以下模塊:GPS授時信號處理模塊;模擬量信號采集處理模塊;開關量信號采集處理模塊;發電機內電勢信號采集處理模塊;數據轉換模塊;通信模塊;擾動錄波模塊;控制輸出模塊(輸出4-20mA控制信號)

  3。同步相量測量裝置主要技術原理

  3.1發電機功角測量方法

  3.1.1 間接計算法

  基于穩態相量圖的解析法。用發電機交/直軸同步電抗參數及機端電壓、電流計算獲取發電機功角的測量方法。

  發電機直軸電流:

  發電機交軸電流:

  發電機功角:

  3.1.2 轉速積分法

  通過計算法獲取穩態功角值,采集轉子脈沖,對轉速求積分修正功角。

  3.1.3 轉子位置測量法(脈沖直接法)

  通過在發電機轉子軸上設置機械測點或測速齒輪,在轉子周圍安裝光電或電磁裝置,通過一定變換來實現功角測量。 通過上面的GPS控制采樣計算,我們即可得到如下的關鍵測量量:

  發電機功角 :

  發電機內電勢絕對相角 :

  3.2空載下的初相角檢測

  在發電機空載狀態下測得頻率f0、時間t10、t20、機端正序電壓相角:

  機組轉軸位置脈沖的絕對相角:

  發電機空載時的內電勢初相角:

  3.3發電機運行狀態自動判斷:

  發電機運行狀態通過接入的機端電壓、電流、脈沖等運行信息進行判斷。目前的計算機技術可在毫秒級的時間內判斷出運行狀態。

  在發電機從檢修狀態轉入空載狀態后自動判斷初相角。

  3.4多重化的濾波措施:硬件手段上,脈沖正確性的檢測、空載情況下,多次數據的平滑綜合處理、測量數據的軟件平滑濾波。

  的主要功能

  4.1 PMU的數據采集

  包括每條線路三相電壓、三相電流、開關量, 發電機機端三相電壓、三相電流、開關量、轉軸鑒相信號,氣門開度信號、GPS標準時間信號、AGC、AVC、PSS等信號。

  4.2判別并獲取事件標識

  建立事件標識的情況包括:頻率越限;頻率變化率越限;幅值越上限(正序電壓、正序電流、負序電壓、負序電流、零序電壓、零序電流、相電壓、相電流越上限等);幅值越下限(正序電壓、相電壓越下限等);線性組合(線路功率振蕩等);發電機功角越限等。

  當裝置監測到繼電保護或安全自動裝置的跳閘輸出信號或接到手動記錄命令時應建立事件標識,以方便獲取對應時段的動態數據。

  4.3與當地監控系統交換數據:通信接口可用于和勵磁系統、AGC系統、電廠監控系統等進行數據交換。

  4.4數據存儲:存儲暫態錄波數據;存儲實時同步相量數據

  4.5監測功能:能接受多個主站的召喚命令,傳送部分或全部測量通道的實時監測數據并可同時向主站傳送實時監測數據。

  的作用

  5.1 PMU裝置對電網安全監測具有重要意義。PMU是WAMS/WAMAP系統的基礎、可為電網的安全提供豐富的數據源、正常運行的實時監測數據、小擾動情況下的離線數據記錄、大擾動情況下的錄波數據記錄。

  5.2 進行快速的故障分析:在PMU系統實施以前,對廣域范圍內的故障事故分析,由于不同地區的時標問題,進行故障分析時,迅速地尋找故障點分析事故原因比較困難,需要投入較大的人力物力。通過PMU實時記錄的帶有精確時標的波形數據對事故的分析提供有力的保障。同時通過其實時信息,可實現在線判斷電網中發生的各種故障以及復雜故障的起源和發展過程,輔助調度員處理故障;給出引起大量報警的根本原因,實現智能告警。

  5.3 捕捉電網的低頻振蕩:電網的低頻振蕩的捕捉是PMU裝置的一個重要功能。通過傳統的SCADA系統分析低頻振蕩,由于其數據通訊的刷新速度為秒級,不能夠很可靠的判斷出系統的振蕩情況?;赑MU高速實時通訊(每秒可高達100HZ數據)可較快地獲取系統運行信息。

  5.4 實時測量發電機功角信息:發電機功角是發電機轉子內電勢與定子端電壓或電網參考點母線電壓正序相量之間的夾角,是表征電力系統安全穩定運行的重要狀態變量之一,是電網擾動、振蕩和失穩軌跡的重要記錄數據。

  5.5 分析發電機組的動態特性及安全峪度分析:通過PMU裝置高速采集的發電機組勵磁電壓、勵磁電流、氣門開度信號、AGC控制信號、PSS控制信號等,可分析出發電機組的動態調頻特性,進行發電機的安全峪度分析,為分析發電機的動態過程提供依據。監測發電機進相、欠勵、過勵等運行工況,異常時報警。繪制發電機運行極限圖,根據實時測量數據確定發電機的運行點,實時計算發電機運行裕度,在異常運行時告警。

  6.結語

  結合萬家寨水電站的運行方式,介紹了SMU-2型同步相量測量裝置)的組成、系統常規配置、功能、技術性能及在萬家寨水電站的應用情況。應用結果表明,PMU同步相量測量裝置的應用進一步加強了電力系統調度中心對重要發電廠的動態穩定監測和分析能力,對電力系統安全穩定的監控,取得了良好的效果。

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