广域测量系统在三峡电站的应用

广域测量系统在三峡电站的应用

李泽双

（三峡电厂湖北省宜昌市443133）

摘要:阐述了广域测量系统对电力系统安全稳定运行的重要性,文中介绍了三峡电站广域测量系统体系结构，PMU装置构成、主要功能、技术特点以及在三峡电站的实际运行情况。

关键词：广域测量系统；WAMS；三峡电站；PMU装置；低频振荡

引言

三峡电站总装机32台机组，是世界上装机容量最大的水电站，三峡发输电系统汇集了三峡外送电力、跨区直流电力、川渝外送电力、河南南送电力、鄂湘交换电力、鄂东鄂西交换电力等。此外，特高压试验示范工程也接入了三峡近区电网，以便于丰水期将富裕水电直接北送华北电网，三峡发输电系统由于跨区域的长距离集中送电的交流输电通道或交直流并联输电通道越来越多，互联电网送电距离较长、电压支撑薄弱，易造成系统的低频振荡及系统的动态不稳定，如果处理不好，会影响到整个互联电网的安全稳定性。因此，三峡地区电网的安全稳定运行，是关系到三峡电站能否安全稳定发电、送电的关键，对于国家电网公司安全生产具有十分重要的影响。以上因素使得三峡电网必须加强全范围动态过程的监测、分析和控制。

广域测量系统(WAMS)的PMU装置以GPS为采样基准，能全网同步采集机组和线路的电压、电流以及重要的开关保护信号；并能计算得到电压和电流相量、频率和频率变化率、机组和线路功率、发电机内电势(功角)以及根据机组键相信号实测机组功角；同时还能提供扰动触发的暂态记录。为电力系统的运行和控制提供了新的途径和方法。三峡电站PMU装置由北京四方继保自动化股份有限公司安装，在2013年5月测试完毕，投入运行。

1体系结构

1.1基于PMU的广域测量系统结构

广域测量系统又称为低频振荡及扰动识别报警分析系统，广域测量系统由相量测量单元(PhasorMeasure—mentUnit，PMU)同步采集广

域电网的实时运行参数，借助高速通信网络传输至数据处理中心站，得到同一时间坐标下电网全局的动态信息。它由三大部分组成，即分布在各厂、站的同步相量测量单元、覆盖全网的通信网络和安装在调度端的相量数据集中器。如图1所示。

1.2PMU子站

三峡电站PMU装置主要包括CSS200/1A同步相量测量单元、CSS-200/1A数据采集单元、CSS-200/1G授时单元、CSC-196时间同步装置、CSS-200/1P数据集中处理单元（冗余配置）、CSC-187A光电转化器、CSC-187D以太网交换机、CSFU-107内电势测量装置8个功能模块。如图2所示。

2三峡电站PMU装置主要功能和技术特点

2.1在线扰动识别

2.1.1短路扰动识别主要功能

短路扰动识别根据PMU量测的三相电压和三相电流相量，提取表征短路扰动的特征信息，对电网中发生的短路故障的类型、相别、重合闸类型、重合成功与否等信息进行在线识别，并发出告警，主要包括以下功能：

（1）双端有PMU量测的线路发生短路故障，准确定位故障线路、故障类型；

（2）单端有PMU量测的线路发生短路故障，准确定位故障线路、故障类型；

（3）分析识别出以下短路信息：短路类型，包括单相接地短路、两相短路、两相接地短路、三相短路、三相接地短路，故障相，故障时间，负荷电流，短路电流，重合闸时间，重合闸成功与否，重合闸失败调三相时间，触发长期保存时间序列历史数据。

当采用量测CT时，受CT饱和特性的影响，对单端有PMU的线路，基于距离保护原理的短路识别会存在较大误差。

2.1.2短路扰动识别技术特点

在调度中心基于广域测量系统的实时动态相量数据进行在线短路扰动的识别，通过在线告知调度员短路的具体位置、相别、时间、重合闸类型以及成功与否，帮助调度员及时了解电网中开关动作的原因以及电网中的故障状态，克服了传统调度中心中调度员只能在线获取开关和保护装置动作状态，而不能知道原因的缺点，从而辅助调度员做出正确的安全稳定控制决策。

2.1.3机组出线跳闸识别主要功能

机组出线跳闸识别根据PMU量测的机组电流相量、有功功率，监视机组停机情况，并区分故障跳闸停机和其他停机情况，对故障跳闸情况发出告警，主要包括以下功能：

（1）识别发电机停运情况；

（2）通过有功功率变化过程判断机组停机是否属于故障跳闸引起的停机；

（3）对可能产生的电磁感应导致的电流残值进行过滤，避免因残值造成发电机停机误判；

（4）触发长期保存时间序列历史数据。

2.1.4机组出线跳闸识别技术特点

本功能使得控制中心的调度人员实现对线路跳闸引起的发电机非正常停机进行识别，从而可以采取合理的电网控制措施，及时恢复停机机组的运行。

2.2在线低频振荡监视与分析

2.2.1在线低频振荡监视与分析主要功功能

在线低频振荡检测功能监视来自基础平台的实时动态数据，实时分析电网低频振荡特性，识别主导振荡模式，计算PMU布点范围内的厂站（或机组）相关因子、振荡中心大致区域等，帮助调度员及时了解电网低频振荡特性，为进行低频振荡抑制提供依据。

（1）实时监视

在线低频振荡监视模块实时监视系统的动态数据，在检测到系统发生振荡时，当振荡频率、振荡幅值和持续时间都满足预置要求时，发出低频振荡告警信息；在低频振荡事件的发生发展过程中，持续给出振荡告警信息，含有当前振幅最大线路的振幅和振荡频率；对振荡模式进行识别，模式信息包括振荡频率、幅值、阻尼比；

（2）离线分析

低频振荡离线分析工具以PRONY、FFT等算法对振荡事件数据进行详细分析，并提供分析结果拟合曲线和原始曲线比较的功能。

（3）基于有功功率的振荡初检测

由于有功功率是系统中的功率振荡现象直接反映，并且有功信号变化范围大，分辨率高，因此我们通过在线扫描各线路中的有功功率来确定电网中是否有低频振荡发生。当某线路振荡功率经经验模态分解出的某一振荡模式的峰峰值超过阈值50MW，并且持续5个周波以上，则认为系统中发生了一次较为激烈的低频振荡，当振荡模式的峰峰值低于阈值50MW时，认为振荡平息。

（4）节点振荡同调性分析

采用前述的方法将低频振荡检测出后，并不能告诉调度员参与振荡各机组间或节点间的振荡关系，调度员难以判断振荡的起因，从而妨碍进一步采取正确的消除或抑制振荡的措施。

节点振荡同调性分析模块根据在各个振荡模式下各个节点的振荡曲线的相位关系，对各振荡模式下的节点按同调关系分群。在大多数情况下对于某个模式将得到振荡相位近似相反的两个主要群，这两个群中的发电机组以该模式频率进行功率交换。对于分群结果进行着色可实现振荡的可视化。

用于判断同调关系的曲线通常是各节点的频率曲线，当被监控网络中电磁环网很少，且变压器高压侧有PMU量测时，也可根据变压器高压侧有功功率曲线判断各节点的同调关系，后者的功率数据往往具有较高的分辨率。

2.2.2在线低频振荡监视与分析技术特点

本功能使得控制中心的调度人员实现对电网运行的稳定性监督，从而可以采取合理的电网控制措施，及时恢复系统的稳定运行。

3实际运行情况

三峡电站PMU装置自投运以来,可以实现对全厂的实时数据动态监测，离线曲线分析，实时告警查询，历史告警查询功能，低频振荡告警数据记录。正确记录了2013年5月23日三峡右岸低频振荡过程，幅值、频率、阻尼比等信息，为远方调度工作站提供了实时、精确的数据。同时也为智能化电站的建设提供了很好平台支持。由于三峡电厂PMU装置投运时间较短，软件分析功能还需要不断完善，还有许多实际问题值得研究。

3.1三峡电站WAMS主界面。

4结束语

发电厂广域测量系统的建立对提高电网的动态监测水平和安全运行水平起着重要的作用，特别是在全国电网互联的今天更是如此。随着PMU装置在大中型电厂布点的逐步增加，电力系统实时动态监测系统的功能会更加完善。

致谢

参考文献

[1]胡益胜张明广域测量技术在电力系统中的应用电工技术2007，（5）：19-20

[2]北京四方继保自动化股份有限公司低频振荡及扰动识别-技术手册

[3]电力系统实时动态监测(控制)系统技术规范(试行)．国家电网公司，2003，2

[4]罗建裕王小英鲁庭瑞等基于广域测量技术的电网实时动态监测系统应用电力系统自动化2003，27（12）：78-79

作者简介：

李泽双，男，三峡电厂运行部工程师，长期从事水电运行工作，工作单位：中国长江电力股份有限公司三峡电厂运行部