国内外PMU装置性能对比
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第 3 5 卷第 6 期 2 0 0 7年 3 月 l 6日 继 电 器 RELAY V _o 1 3 5 No 6 M a r 1 6,2 0 0 7 国内外 P M U装置性能对 比 王健,张胜,贺春,任春梅(1 华中电力调度通信(交易)中心,湖北 武汉 4 3 0 0 7 7;2 国家继电器质量监督检验中心,河南 许昌 4 6 1 0 0 0)摘要:2 0 世纪 9 O 年代初借助 G P S技术的发展,广域相角测量系统研制成功,并进行了实际的使用,国内也在近些年开始了 这方面的研究,伴随着新技术的发展,如何对 P M U 进行检测和衡量就成为一个重要的问题,国家继电器质量监督检验中心从 2 0 0 5年开始研究 P Id U装置的检测方法,取得了一定的成果,并于 2 0 0 6 年 7月成功地为华中网局进行了入网检测,通过对一 些产品的检测结果进行对比,让广大读者了解 目前国内外 P M U装置的发展进程。关键词:相量测量单元;频率混淆;广域测量系统 Co mp a r i s o n o f PM U d e v i c e s f r o m d o me s t i c a n d o v e r s e a s WANG J i a n ,Z HANG S h e n g ,HE Ch u n ,REN Ch u n me i (1 Ce n t r a l Ch i n a P o we r Di s p a t c h i n g a n d Co mmu n i c a t i o n Ce n t e r,Wu h a n 4 3 0 0 7 7,Ch i n a;2 N a t i o n al C e n t e r f o r Q u a l i t y S u p e r v i s i o n&T e s ti n g o f R e l a y&P r o t e c t i o n E q u i p m e n t,Xu c h a n g 4 6 1 0 0 0 C h i n a)Ab s t r a c t:I n th e 1 9 9 0 S。wi th the d e v e l o p me n t o f GP S t e c h n o l o g y,the Wi d e A r e a Me a s u r e me n t S y s t e m(WA MS)Was d e v e l o p e d,a n d Was u s e d i n p r a c t i c e I n C hin a,WAMS h as r e s e a r c h e d s i n c e the s e y e a r s a n d i t s t e s t and e v a l u a t i o n are d i f f e r e n t Nc q t r(Na t i o n al C e n t e r for Q u a l i t y S u p e r v i s i o n&T e s ti n g o f R e l a y&Pro t ect i o n E q u i p m e n t)b e g an t o r e s e arc h i t s i n c e 2 0 0 5,and h a v e g o t t e n many e x per i e n c e and p r o d u c t i o n WAMS t e s t i n g for Ce n t r al Ch i n a Gr i d i s ma d e o n J u l y 2 0 o 6 T h i s p a p e r an a l y z e s the t e s ti n g r e s u l t i n o r d e r t O g i v e a l l o v e r v i e w a b o u t the P MU(P h a s o r Me asu r e me n t Un i t)o f d o me s ti c an d o v e r s e a s Ke y wo r d s:P MU;fre q u e n c y ali asi n g;wi d e a r e a me asu r e me n t s y s t e m 中图分类号:T M7 3;T M7 6 4 文献标识码:B 文章编号:1 0 0 3 4 8 9 7(2 0 0 7)0 6 0 0 7 4 0 3 0 引言 2 0 世纪 9 0 年代初,借助于全球定位系统(G P S)提供的精确时间,同步相量测量装置 P M U(p h a s o r m e a s u r e m e n t u n i t)研制成功后,目前世界范围内 已安装使用数百台 P M U。现场试验、运行 以及应用 研究的结果表明:同步相量测量技术在电力系统状 态估计与动态监视、稳定预测与控制、模型验证、继电保护、故障定位等方面获得了应用或有应用前 景。为了给华中电网电力调度(交易)中心 P M U选 型提供技术依据,国家继电器质量监督检验中心受 其委托,于 2 0 0 6年 7月为国内外 5个厂家的 P M U 进行了检测,取得了良好的效果,下面将检测中的 一些结果进行对比分析。1 检测概述 整个检测 以 I E E E s t d C 3 7 1 1 8标准为参考n ,在测试前国家继电器质量监督检验 中心与华中 电 网合作编写了 华中电网 W A M S系统测试方案 ,方案中明确规定 了测试 的项 目、试验方法、测试结 果的评判等 内容,经过与厂家的协调、讨论,最终 确定测试方案的内容。然后根据方案的内容,编写 测试步骤,研制、开发相应的测试工具 结果的统 计、分析工具。所有准备工作进行完毕后,5个厂家集 中进行 了 4天的测试,完成了测试的预期 目标。整个测试项 目主要包括以下内容:1)静态精度测试 2)P M U装置时钟同步能力测试 3)阶跃响应测试 4)动态频率振荡测试 5)干扰环境下的振荡测试 6)E M C电磁兼容环境测试 7)高低温测试 下面从 四个主要技术指标方面进行对比,通过 对 比分析 了解 目前 P M U装置技术的发展现状。王健,等国内外 P MU装置性能对比 一 7 5 2 静态测量精度对 比 在静态测量精度方面,本来应该通过 T V E来统 一进行衡量,但是 由于在 G P S时钟同步上无法达到 统一,因此仍然采用传统的分析方法,就是通过若 干个连续记录 点的绝对误差和平均相对误差来进 行评判。表 1 为静态测量精度对 比表,其 中使用平均误 差来进行衡量:表 1静态测量精度对比表 T a b 1 Co mp a r i s o n o f s t e a d y s t a t e me a s u r e me n t a c c u r a c y 由于相角误差在测量时涉及到检测设备 GP S 时钟精度与厂家 G P S时钟精度差别的影响,还涉及 到检测设备本身信号输出与 G P S 1 P P S之间的误 差,因此可 以通过相对误差 的方法来观察 以上 5家 的 P MU装置在时钟同步方面的一致性。3 G P S时钟同步能力对 比 本次测试在时钟 同步方面主要有 2个 内容:1)时钟同步能力测试 2)时钟守时能力测试 在时钟 同步能力测试方面,由于各个厂家对 G P S时钟的处理方法不同,导致时标处理结果也不 同,其中有 4 个厂家的时标处理基本一致,表 2 为 与 O mi c r o n GP S时钟的测试偏差值。表 2 G P S时钟误差 Ta b 2 Co mp a r i s o n o f GP S e r r o r 厂家 误差 u s 厂家 1 厂家 2 厂家 3 厂家 4 厂家 5 4 2 2 4 4 4 2 8 4 2 2 4 2 2 从这个测试结果看,大多数厂家在时钟的使用 上一致。在时钟守时能力测试项 目上,考察在 G P S失星 的情况下,1 h后的时钟误差,表 3是各个厂家 l h 的时钟误差:表 3时钟守时能力对比 T a b 3 Co mp a r i s o n o f c a p a b i l i t y o f c l o c k k e e p i n g 厂家 误差(u s h)厂家 1 厂家 2 厂家 3 厂家 4 厂家 5 7 3 2 2 5 3 1 9 7 8 9 5 从上表可以看 出,除了一个厂家时钟守时能力 差,达到 了 8 9 5 la S 外,其他的基本在 7 l l S以下,换算成角度就是 0 0 1 8。这个指标基本上还是不 错 的。4 阶跃响应对 比 在阶跃响应方面,由于各家算法不 同,结果也 有差异,在测试时,我们根据标准要求进行 了:1)1 0 幅值阶跃测试 2)+5 Hz 频率阶跃测试 3)9 0。相位角阶跃测试 本文选择+5 H z频率阶跃进行对 比,其余 2种 情况不再分析。图 1+5 H z频率阶跃响应测试图 F i g 1 F r e q u e n c y s t e p tes t(+5 a z)从上图对 比分析来看,有的产品在频率响应速 度上 比较慢,经过的时间比较长,达到了 4 4 0 ms,一般厂家的产品经过 8 0 ms能够达到稳定。5 动态性能对 比 在动态性能测试方面,进行了:1)幅值振荡测试 2)频率振荡测试 3)灵敏度测试 4)频率混淆测试 5)干扰情况下的幅值振荡测试 我们 首先通过幅值振荡的测试结果进行对 比 一7 6一 继 电 器 分析,其中幅值振荡的频率是 1 0 Hz。图 2 1 0 H z幅值振荡频谱分析对比图 F i g 2 Gr a p h o f ma g n i t u d e o s c i l l a t i o n o f 1 0 Hz 从 以上对比可以看出,各个厂家 P MU 装置输 出数据的频谱中,含有 1 0 H z 信号的增益相差不大,说 明不 同厂家设备在捕捉幅值 振荡的能力上差别 不大。下面我们看一下各个厂家在频率混淆上 的能 力对比,在测试时施加的信号中,含有 3 0 H z的信 号,由于 P MU装置每秒上送 2 5帧,因此根据采样 定理,如果 P MU 装置没有进行响应的滤波处理的 话,在数据中虽然不可能出现大于 1 2 5 H z的信息,但是 由于频率混淆问题的存在,大于 l 2 5 Hz的频 率分量如可能会 以某个 1 2 5 Hz 内分量的形式 出现,如 图 3所示。F I一 厂 家;l 1_-g 4 l I=塞 I 图 3频率混淆对比图 Fi g 3Gr a p ho ff r e q u e n c y a l i a s i n g 可 以看 出,在振荡频率 3 0 Hz时,5个厂家的 产 品输 出数据中,都在 5 Hz 频率处产生了一定的振 荡,其中由于厂家 5的增益较大,使其他厂家不容 易看清楚,图 4将厂家 5去掉后,再次绘制。这次我们可以清晰地看出,虽然都在 5 H z 处有 振荡信息,但是不 同厂家的 P MU 数据中的增益是 不同的,其中厂家 4接近 7 d B,而厂家 3达到了近 2 0d B。虽然在使用 3 0 Hz 时会产生 5 Hz 左右的混淆频 率,不在低频 2 0 Hz范围内,但是通过试验我们发 现,当使用 2 6 H z频率时会产生 l Hz的混淆频率,这将会影响 WA MS主站对振荡频率的分析。图 4 频率 混淆对 比图(不含厂家 5)Fig 4 Gr a p h o f f r e q u e n c y a l i a s i n g(e x c l u d e 5 ma n u f a c t u r e s)另外通过测试我们发现,谐波干扰基本上对低 频振荡分析不会产生影响,白噪声情况下对低频振 荡分析影响也不大。6 结语 通过以上对 比分析我们可以看出,由于各个厂 家在算法上有区别,会导致 P MU 装置在性能上有 些差异,有的厂家在静态精度方面做的非常好,而 动态性能就略差,而有的厂家在损失静态精度的情 况下,可 以将 P MU装置的动态性能做的比较好。要做到各种指标都比较好,就对算法本身提出了更 高要求,在鱼和熊掌不可兼得的情况下,要根据使 用需求来决定如何配置 P MU 的算法,使之达到实 用化的程度。参考文献 1 I E E E S t d 1 3 4 4 1 9 9 5(2 0 0 1),P o w e r S y s t e m R e l a y i n g Co mmi t t ee o f t h e I EE E P o we r En g i n e e r i n g S o c i e t y,I E EE S t a n d a r d f o r S y n c h r o p h a s o r s f o r P o w e r S y s t e ms S 2 I E E E S t d C 3 7 1 1 8 2 0 0 5,P o we r S y s t e m R e l a y i n g C o mmi tt ee o f t h e I EE E P o we r En g i n eer i n g S o c i e t y,I E EE S t a n d a r d for S y n c h r o p h a s o r s for P o w e r S y s t e ms S 3 华中电网WA MS系统测试方案 V1 5 2 Z J WAI V I S T e s t S c h e me V1 5 2 f o r Ce n t r a l Ch i n a P o we r S y s t e m Z 收稿日期:2 0 0 6-0 7 2 6 作者简介:王健(1 9 6 6 一),男,本科,主任工程师,主要从事电 力系统调度 自动化和管理工作;E-m a i l:w a n g j c c p g c o m c n 张胜(1 9 7 0 一),男,硕士研究生,主要从事远动系统 运行和标准化工作;贺春(1 9 7 3 一),硕士,主要研究方向为电力系统 自动 化、通信规约及规约测试、电力 系统稳定控 制测试。
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